UPS

Ultra Portable Spectrohelioscope

 

La mia attività nel campo dell'imaging solare con la spettroelioscopia digitale mi ha portato a considerare sempre più necessaria una riduzione delle dimensioni e del peso dello Spettroscopio-Spettroelioscopio solare usato dall'amatore: i motivi sono ovvi: una minore dimensione e peso dello strumento porta ad una maggiore facilità di trasporto, ed a rendere più piacevole ed immediato l'uso dello strumento.Sono partito con HIRSS, HIRSS 2 e, con la serie degli autocollimanti, VHIRSS .Tutti ottimi strumenti, questi, ma, specie i primi due, pesanti e difficilmente trasportabili per più dei due-tre metri necessari per porli sulla montatura.Quest'ultima deve essere, inoltre, di dimensioni cospicue, almeno una EQ 6, una Losmandy G11 o equatoriali del genere.Tuttavia dimensioni e peso sono correlati alle focali usate per collimatore ed ottica di osservazione, da cui dipendono in buona parte la dispersione ed il potere risolutivo complessivo dello strumento, quindi non si può ridurle eccessivamente. La dispersione offerta da VHIRSS si aggira sui 0.02 A/pixel con pixel da 4,65 micron: si trattava quindi di verificare sino a che punto si potesse ridurla senza sacrificare in modo inaccettabile le prestazioni.Un primo tentativo in tal senso l'ho fatto con POSS , che attualmente trasporto ed uso con soddisfazione in convegni ed occasioni dimostrative, e che, con i suoi 0,05 A/pixel , fornisce buone immagini spettrali e solari.

My activity in the solar imaging with digital spectrohelioscopes led me to consider more and more necessary to reduce the size and weight of-Spectroscope spectrohelioscope  used by amateur astronomers: the reasons are obvious: smaller size and weight of the instrument leads to greater ease of use and to make more pleasant and immediate to observe with this instruments. ,  The serie of autocollimating, littrow solar spectroscopes begun with,HIRSS, HIRSS 2 and VHIRSS. All good instruments, these, but especially the first two heavy and difficult to transport for more than the two or  three meters needed to put them on my mount.This must be moreover of considerable size, at least  an 6 EQ,or a Losmandy G11 or   are related in size and weight equatorial mount.Anyway,the focal lenght of the optics,from which depends in large part the dispersion and the overall resolving power of the instrument, can't be reduced  too much. The dispersion offered by VHIRSS is about 0.02 to / 4.65-micron per pixel : it was then to verify the extent to which we could reduce it (with weight and dimensions) without sacrificing in an unacceptable way the perfomances . The first attempt to do so I did with POSS, which currently I transport and use with satisfaction in meeting and public demonstration , and that, with its 0.05 A / pixel, provides good spectra and solar images.

 

 

Ho ritenuto di dover ridurre il più possibile dimensioni e peso senza scendere al di sotto dei 0,1 A/pixel (Sempre per camere di 4, 65 micron come la mia DMK 41, Lumenera, etc), che mi sembra il limite per ottenere immagini solari accettabili. Importante, inoltre, nella filosofia dello strumento, era la possibilità di cambiare con facilità sia il reticolo che il telescopio che invia l'immagine solare sulla fenditura, in modo da poter eventualmente aumentare le prestazioni, ove necessario.Possedevo già una buona parte dei componenti:un reticolo Edmund di 25mm di lato per 1200 linee per mm; un ottimo doppietto acro da 36 mm di D e 300 mm di F; una fenditura regolabile autocostruita, veramente robusta, in una scatola di alluminio da 4 mm di spessore: tale scelta è stata, come vedremo, obbligata, dovendo il "naso" della fenditura in pratica sostenere parzialmente il peso del cannocchiale usato per la proiezione dell'immagine solare, da questo seguiva che il tubo dovesse essere piuttosto leggero.In prima battuta ho quindi usato un rifrattorino 60/350 comprato al mercatino di Porta Portese per 20 €: certo, la qualità ottica lasciava a desiderare, ma il tutto era estremamente leggero e compatto: 70 cm di lunghezza per soli 3,5 Kg di peso (all'incirca quanto un rifrattore da 70 o 80 mm).L'obiettivo è stato raggiunto: una estrema compattezza e portatilità, tali da poter facilmente utilizzare e trasportare in una valigetta lo strumento, tra l'altro immediatamente scomponibile in tre parti :il box del reticolo, il corpo dello spettrografo ed il cannocchiale, la più grande della quale è proprio il cannocchiale stesso.Certo, la risoluzione del reticolo, da 1200 l/mm era media, ma mi sono ripromesso, ove necessario, di upgradarlo ad uno da 2400 l/mm; l'upgrade invece era molto più urgente per il cannocchiale, che ovviamente presentava dei limiti nell'ottica.Di seguito è un'immagine dello strumento nella sua prima versione.

 

I felt compelled to reduce the size and weight as possible without falling below 0.1 A / pixel (Cameras with 4, 65 microns pixels as my DMK 41, Lumenera, etc.), which I think is the limit for acceptable solar images. Also important in the philosophy of the instrument, was the ability to easily change as the grating as the telescope that sends the solar image on the slit, in order to possibly increase performances .I already own a good part of the components : a square grating Edmund  of 25mm side ,1200 lines per mm,and a good acro doublet  of D 36 mm and 300 mm in F, a self-built adjustable slit, very robust, in an aluminum box with 4 mm in thickness: this choice was, as we shall see, obliged, having the "nose" of the slit in practice partially support the weight of the telescope used for the projection of the solar image, from this it followed that the tube should be quite light.In a first approach I then used a 60/350 chinese refractor bought at the market of Porta Portese for 20 : of course, the optical quality was quite acceptable, but with it the instrument was extremely light and compact: 70 cm long and weighing only 3.5 kg (about the same as a refractor 70 or 80 mm). the goal was reached: a compact and portable, these can easily use and carry in a briefcase tool, among other things immediately broken down into three parts: the box of the grating, the body of the spectrograph, and the telescope, the largest of which is precisely the telescope itself.Obviously, the resolution of the grating, 1200 l / mm was average, but I promised myself, if necessary, upgrade to one of 2400 l / mm ; upgrade, however,that was much more urgent for the telescope, which  had  limitations in the quality of the optics. below is a screenshot of the first version.

 

 

Una delle prime immagini dello strumento: la riga Ha in emissione sul bordo solare

One of the first images of the instrument: Ha line in emission on solar limb

e le righe del Calcio ionizzato (Ca2K e H) a 393 e 396 nm.

and the lines of Ionized Calcium at 393 and 396 nm

Le righe dell'O2 atmosferiche

The ATM O2 lines

 

La prima immagine solare ottenuta con una scansione della riga Ha il 22 ottobre 2011

The first solar image obtained with a scan of Ha line on october, 22, 2011

 

Lo strumento sembrava quindi funzionare correttamente, ed era piacevole da usare e da maneggiare; si trattava ora di migliorarlo, applicando un sistema di regolazione micrometrica del basculamento del reticolo intorno al proprio asse, e agiungendo un ottica di migliore qualità.Il primo problema è stato risolto, dopo qualche affanno, modificando il sistema ad ingranaggi (buono solo per spettri a bassa risoluzione, per il quale era stato concepito) con il solito sistema, primitivo ma funzionante e facile da costruire, del braccetto a molla con vite di blocco all'asse come frizione il braccetto è stato applicato al più piccolo degli ingranaggi di movimentazione.

The instrument then seemed to work correctly, and it was nice to use and hold, it was time to improve it by applying a system of stepless tilting of the grating around its own axis, and if you add a better optical qualities with the first problem was resolved, after some trouble, by changing the speed reduction gear (good only for low-resolution spectra, for which it was designed) with the usual system, primitive but functional and easy to build, the taqngent arm with a spring and  a screw to act as a clutch is applied to the smallest gear .

 

 

 Il cannocchiale è stato quindi sostituito da un tubo ottico di un rifrattore Stein 60/415 made in Japan, anni 70, di buona qualità, anche se non eccelsa, acquistato nel solito mercatino a 30 €. Il peso e le dimensioni complessive sono rimaste invariate.

The telescope was then replaced by a tube of a 60/415   Stein refractor, Made in Japan , of good quality, although not excellent, usually purchased in a flea market for 30 . The weight and overall dimensions are unchanged.

 

                                                                                       

Il doppietto del sodio  a 5890 e 5896 A con la nuova configurazione (le righe trasversali sono dovute ad imperfezioni della fenditura, chiusa a circa 30 micron). Tra le due righe principali sono visibili circa sette righe secondarie, quella del Nickel ed altre ATM.

The sodium doublet at 5890 and 5896 A with the new configuration (horizontal lines are due to imperfections in the slit closed to approximately to 30 microns.About seven lines (Atm and nickel) can be seen between them