O různých vlivech na pozorování

Při zpracování spekter je potřeba brát v úvahu celou řadu různých efektů.

Vlhkost

Neovlivnitelným efektem je atmosférická vlhkost, která se projevuje více či méně výraznými tzv. telurickými čarami ve spektru. Pod pojmem telurické čáry míníme jak čáry atmosférické vody, tak i například kyslíku O₂; proto také nemluvím prostě o čarách vody, jak by bylo možno očekávat.

Jako příklad zde uvádíme dvě spektra téže hvězdy: rho Aurigae, exponované 2. března 2001 a 30. října 2001. Vlevo od výrazné absorpční čáry H_alfa, která je uprostřed obrázku, jsou vidět různě výrazné telurické čáry. Přitom řada těchto čar zasahuje i do samotné čáry vodíku H_alfa, jak ukazuje detailní snímek na druhém obrázku:


Telurické čáry: Na levém snímku je srovnání dvou spekter téže hvězdy za různých atmosférických podmínek, na druhém snímku jsou zaneseny telurické čáry, jež se přímo promítají do vodíkové čáry H_alfa.

Přitom ovšem upozorňujeme, že přítomnost telurických čar (jsou přítomné vždy, jen jejich relativní intenzita vůči spektru objektu se různí) není jen na škodu věci. Mohou sice komplikovat hledání profilu spektrálních čar objektu, zejména právě uváděnou čáru H_alfa, ale na druhou stranu je lze využít k eliminaci dalšího efektu, a to

Změny vlastností spektrografu

S časem se mohou měnit vlastnosti spektrografu (změny vlastností samotného čipu jsou zanedbatelné!!). Jejich příčiny mohou být různé a nelze je předem matematicky modelovat, protože představují v podstatě "volné parametry" v modelu spektrografu. Jedná se zejména o teplotu, vlhkost, a tlak a rovněž i o změny těchto veličin (tj. jak hodnoty veličin tak i prudkost jejich změn). Specifickým vlivem může být pružnost závěsu, na kterém je upevněna Dewarova nádoba se CCD. V důsledku ubývání dusíku v Dewarově nádobě klesá postupně její hmotnost a vlivem pružnosti závěsu Dewarova nádoba zvolna "vystupuje" vzhůru. Tento efekt jsme pozorovali u echelletového spektrografu HEROS, kde Dewarova nádoba "červené" kamery z noc vystoupila asi o 5 mikrometrů, tj. 5 tisícin milimetru (5 miliontin metru). Na novém CCD umístěném v coudé spektrografu tento efekt nepozorujeme jednak kvůli tužšímu závěsu a jednak díky odlišné konstrukci. Dewarova nádoba "červené" kamery HEROSu měl objektiv v boku a světlo do ní dopadalo zhruba v horizontální rovině. Nádoba se tedy v průběhu noci pohybovala kolmo na směr paprsku a paprsek tedy dopadal postupně na nižší a nižší části CCD čipu. Naproti tomu v coudé spektrografu dopadá světlo dopadá do Dewarovy nádoby zdola, tj. nádoba se pohybuje ve směru dopadajícího paprsku ("utíká před ním nahoru") a žádný příčný pohyb na CCD čipu se neuplatňuje.

Posuv Dewarovy nádoby, jak se promítne do poloh kalibračních snímků, je znázorněn na následujícím obrázku:

Posuv Dewarovy nádoby v průběhu noci: Dewarova nádoba postupně "putuje" vzhůru, tj. exponovaná spektra se posouvají "dolů". Obrázek ukazuje posuv Dewarovy nádoby v noci 2./3. dubna 2001. Velikost posuvů se mění v závislosti na mnoha proměnných (pružnost závěsu se jistě mění např. s teplotou, tj. určitě je posuv jiný v létě či v zimě atd...). Této konkrétní noci činí posuv pouze asi půl mikrometru.

Poměr signál k šumu

Při exponování spekter se v důsledku výše uvedených (a řady jiných, zde nediskutovaných) vlivů budou jednotlivá spektra lišit svou "intenzitou". Uveďme jako nejjednodušší případ dvě pozorování téže hvězdy, jednou při dokonale čisté jasné obloze, podruhé při silném "zákalu" (špatná průzračnost atmosféry, vysoká vlhkost...). Pak musíme to "druhé" spektrum exponovat podstatně delší dobu, abychom dosáhli stejně intenzivního záznamu. (To je problém zejména v případě rychle proměnných hvězd, kdy nelze expoziční dobu příliš prodlužovat, aby se rychlá proměnnost "nesmyla" či "nezprůměrovala" v dlouze exponovaném spektru - příkladem budiž třeba hvězda delta Scorpii). Pokud naopak držíme expoziční dobu stále stejnou nebo srovnatelnou, bude "to druhé" spektrum slabé a příliš se projeví tepelný šum detektoru, vyčítací šum atd. atd.

Vliv šumu přitom není nikterak zanedbatelný; na následujících dvou obrázcích předkládáme k posouzení dvě spektra (aby je bylo možné srovnávat, obě spektra jsme znormalizovali, takže hvězdné kontinuum má definitoricky hodnotu 1) hvězdy 4Herculis, exponované v oblasti vodíkové čáry H-beta. Červeně je vykresleno silně zašuměné spektrum, modře kvalitní spektrum s vysokým poměrem signál/šum. Druhý obrázek ukazuje v detailu oblast kontinua v rozsahu 4930 - 5000 A.

Srovnání dvou spekter s odlišným poměrem S/N