T.1. Optische Teleskope

T.1.2.5. Spektrometer

Als im Jahre 1813 Joseph von Fraunhofer (1787-1826) mit einem Prisma das Sonnenlicht in seine Bestandteile zerlegte und feststellte, dass sich an verschiedenen aber jederzeit reproduzierbaren Stellen des Regenbogenspektrums schwarze Linien fanden, schlug die Geburtsstunde der Spektrographie.

Um die heute als Fraunhofersche Linien bekannten Linien des Sonnenspektrums in ihrer gegenseitigen Lage vermessen zu können, entwickelte er im Jahre 1814 das erste Spektroskop und legte messtechnisch den Grundstein für eine neue Untersuchungsmethodik, die nicht im Zeitbereich, sondern im Frequenzbereich arbeitete.

a) Arbeitsprinzip: Analysator

Streng genommen ist ein Spektrometer deshalb auch nicht direkt als "Detektor" anzusprechen wie etwa ein CCD-Sensor, für den die Zeitskala der Hauptbezugspunkt ist. Eher trifft die Bezeichnung "Analysator" zu, da ein Spektrometer lediglich gängige Detektortechnik zur Aus- und Bewertung seiner frequenz- oder energiekodierten Ergebnisse nutzt.

Figur SSK: Spektrometer mit CCD-Element (aus WO 2008 / 106 016 A2).

Schematisch gesehen messen alle astronomischen Spektrometer die Frequenz-/Energieanteile eines Teilchenstroms aus, der von einem Himmelskörper oder einem Untersuchungsareal am Himmel ausgeht.

Das Spektrometer der WO 2008 / 106 016 A2 (Figur SSK) ist ein Beispiel für solch eine Apparatur (300). Die hier zu analysierende Strahlung wird zunächst je nach Wellenlängenbereich mit geeigneten Hilfsmitteln spektral zerlegt.

Im optischen Fenster kommen neben dem hier verwendeten Prisma (310) z.B. auch Beugungsgitter zum Einsatz. Letztlich ergibt sich eine Intensitätskurve der Strahlung, die entlang einer Frequenz- oder Wellenlängenachse aufgetragen wird und analysiert wird. Dies kann z.B. mit dem bloßen Auge oder durch eine mit der Frequenz- oder Wellenlängenskala korrelierten Pixelanordnung eines CCD-Zeilensensors (314) erfolgen.

b) Aussagekraft von Spektrometermessungen

Die mit Spektrometern gewonnenen Ergebnisse ermöglichen dem Astronomen unter anderem Aussagen über die chemische Zusammensetzung und den Energiezustand einer Strahlungsquelle und welchen physikalischen Einflüssen die Strahlung auf ihrem Weg durch den Kosmos ausgesetzt war oder ist.

Somit werden auf diese Art direkt und indirekt eine Vielzahl von entwicklungsgeschichtlichen und kartografisch relevanten Aussagen über das Universum oder dessen Komponenten gewonnen (z.B. Verbreitung interplanetarer Nebel, Sternenalter und -klassen, Fusionsmechanismen etc.).

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
WO 2008 / 106 016 A2	2008	Prism spectrometer with moveable detector element and with collimated input light
WO 2008 / 103 865 A2	2008	Fast and precise time-resolved spectroscopy with linear sensor array

Ergänzungsdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
US 4 245 158 A	1979	Soft x-ray spectrometric imaging system
EP 0 692 146 B1	1995	Charge-coupled device array for spectroscopic detection
US 5 777 736 A	1996	High etendue imaging fourier transform spectrometer
WO 2006 / 034 223 A2	2006	System and method for hyper-spectral analysis
WO 2008 / 103 865 A2	2008	Fast and precise time-resolved spectroscopy with linear sensor array

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