Ondřejov Echelle Spectrograph (OES) je vláknově napájený ešeletový spektrograf. Přístroj je umístěn v teplotně stabilizované místnosti ‚coudé‘ (bývalé coudé ohnisko dalekohledu) a signál je do něj přiváděn optickým vláknem z primárního ohniska Perkova dalekohledu. Světlo je rozloženo pomocí ešeletové mřížky (výrobce Richardson Grating Laboratories). Zrcadlo dále odráží paprsky do rovnostranného hranolu (výrobce TOPTEC Turnov; Schott LF5) jehož strany svírají úhel 55°. Hranol odděluje jednotlivé řády a světlo dopadá do ohniska – na CCD detektor (Versarray 2048B, Roper Scientific, podrobnosti), který je chlazený tekutým dusíkem na pracovní teplotu -110°C.
Do spektrografu je přivedeno záření také z kalibrační ThAr lampy. V místě vstupu světla z dalekohledu do spektrografu je umístěna jodová buňka, která je nezávislým kalibračním zdrojem pro spektrální pozorování.
Detailnější technický popis s mechanickým uspořádáním a všemi optickými prvky je možné najít ve zprávě z instalace zařízení OES (Koubský at al., Ondřejov Echelle Spectrograph – OES, Publ. Astron. Inst. ASCR, 92:37–43, 2004). Další podrobnosti lze nalézt také v práci ‚Ondřejov echelle spectrograph, ground based support facility for exoplanet missions‘ autorů Kabáth P. a kol. (2020, PASP, 132, 5002).
Vlevo: Nákres spektrografu OES zachycuje optické uspořádání a chod paprsků od štěrbiny k detektoru. A: štěrbina, B: kolimátor, C: ešeletová mřížka, D: 1. parabolické zrcadlo, E: malé rovinné zrcátko, F: 2. parabolické zrcadlo (optické prvky D, E a F jsou součástí takzvané bílé pupily, zužují světelný svazek), G: hranol, H: objektiv a dewarova nádoba. Vpravo: Mechanické části držící optické prvky spektrografu OES. Vpravo dole: detektor s Dewarovou nádobou. Kredit: Miroslav Šlechta
Echelle mřížka
- Výrobce: Richardson Grating Laboratories
| Rozměry | Echelle | Blaze angle | Materiál |
| 157 x 412 mm | 54.5 g/mm | 69° | Zerodur |
Hranol
- výrobce: Walter, MFF UK Praha
| Rozměry | Výška | Difrakční úhel | Materiál | Hustota |
| 144 x 118 mm | 140 mm | 54.5° | Schott LF5 | 3.25 g/mm3 |
CCD kamera
- výrobce: Versarray 2048B
| Čip | Rozlišení | Rozměr pixelu | Technické |
| EEV 42-40-1-368 | 2048 x 2048 | 13.5 x 13.5 μm | Podrobnosti |
Rozsah vlnových délek a výkon
Spektrograf OES pokrývá vlnové délky v rozsahu od UV oblasti (3753 Å) až do blízkého IR záření (9195 Å). Dosahuje rozlišení R=51600 na vlnové délce 5000 Å (R∼40000 v oblasti Hα) a spektrálního vzorkování 2,4 Å/mm. Spektrální rozsah pokrývá 56 použitelných řádů. Počet spektrálních řádů se pohybuje mezi 92 po 36. Jednotlivé spektrální řády pokrývají rozsah ∼70 Å (v UV oblasti) a ∼145 Å (v IR). V modré části spektra se řády překrývají a je tedy možné je složit. Interval překrytí je kolem 20 Å (UV). Překrytí se však s rostoucí vlnovou délkou zkracuje a poslední oblast překrytí je v řádech pokrývajících vlnové délky 5782-5879 a 5879-5977 (méně než 1 Å). Mezi řády pokrývajícími oblasti 5879-5977 a 5978-6079 je již mezera o šířce ∼1 Å, která se dále rozšiřuje – v oblasti Ha je mezera mezi řády již ∼13 Å a dokonce ∼63 Å kolem 8800 Å.
Ukázkové snímky
Poměr SNR a expoziční čas
Vhodnou dobu expozice lze zhruba odhadnout s použitím následujícího grafu. Jak je patrné, poměr signál/šum (SNR) 20 za jednu hodinu expozice je možné získat pro hvězdu 10 mag. Graf zachycuje situaci před přestavbou teleskopu (bez využití optických vláken). V současnosti je výkon zařízení asi o 60% lepší. Poměr SNR však nezáleží pouze na zenitové vzdálenosti hvězdy, ale především na pozorovacích podmínkách. Limitní přesnost pro měření radiálních rychlostí je v řádu stovek m/s pro slabé hvězdy. S použitím iodové buňky je však možné dosáhnout přesnosti několik desítek m/s.
Jódová baňka
Ondřejov Echelle Spectrograph (OES) na Perkově 2-m dalekohledu je vybaven jodovou baňkou, která slouží ke kalibraci pozorovaných spekter. Díky jodové baňce lze měřit posuny čar ve spektrech na detektoru s přesností 0.00005 mm, a je možné detekovat například menší exoplanety obíhající vzdálené hvězdy než při použití běžné kalibrační metody za pomocí čar z thorium-argonové lampy.
Jódovou baňku vyrobil a později stelárnímu oddělení Astronomického ústavu v Ondřejově pro OES dlouhodobě zapůjčil prof. Artie Hatzes z observatoře v Tautenburgu v Německu. Ten se zabývá výzkumem extrasolárních planet, a k jejich nalezení jedna metoda využívá přesná měření posunu čar ve spektrech. A právě jodová baňka slouží tomuto účelu. Je to baňka naplněná jodem, která je umístěna před štěrbinou spektrografu ve světle přicházejícím z dalekohledu od hvězdy. Při pozorování se baňka s jodem zahřeje na teplotu 50˚C, což umožní vznik jodových par. Tím, že světlo hvězdy projde přes jodovou baňku, objeví se v pozorovaných hvězdných spektrech zhruba mezi 500-610 nm absorpční jodové čáry.
Pozorovaný posun hvězdných čar ve spektrech je výsledkem Dopplerova posunu od hvězdy a také náhodných posunů způsobených vlivy spektrografu. Tyto náhodné posuny se objeví také v jodových čarách, a proto modelováním jodových čar můžeme tyto posuny nepocházející od hvězdy odstranit. Jedná se například o změnu fotocentra na štěrbině, mechanické posuvy či otřesy spektrografu nebo změny teploty. Jejich odstraněním je pak možné získat přesnější a stabilnější měření posunů spektrálních čar v průběhu mnoha let, což je většinou nutný předpoklad pro objevení exoplanet s dlouhými oběžnými periodami.
V současné době jodovou baňku využívá k vědeckým pozorováním skupina exoplanet na stelárním oddělení v Ondřejově. S její pomocí například hledají a potvrzují exoplanety u hvězd typu červeného obra. S prof. Hatzesem a jeho kolegy spolupracují na optimalizaci využití metody jodové baňky pro OES.