Fourier Transform Spectrograph
Final Report Abstract
Der Fourier Transform Spektrograph (FTS) ermöglicht höchstauflösende Spektroskopie im Optiklabor des Instituts für Astrophysik Göttingen (IAG). Die wissenschaftlichen Anwendungen lassen sich in zwei Bereiche gliedern: 1. Entwicklung und Analyse spektroskopischer Standards. Mit dem Instrument werden Lichtquellen und Absorptionsquellen mit hoher Genauigkeit im Labor charakterisiert. Ein wesentliches Ziel ist dabei die Entwicklung von Frequenzstandards für astronomische Beobachtungen der Doppler-Verschiebung. 2. Spektroskopische Beobachtung der Sonne. Mit dem im Institut vorhandenen 50cm Vakuum-Vertikal- Teleskop (VVT) kann die Sonne beobachtet und sowohl räumlich aufgelöst als auch integriert beobachtet werden. Eine Faserkopplung vom 50cm Nachtteleskop des Instituts wurde eingerichtet. Entwicklung und Analyse spektroskopischer Standards werden im wesentlichen im Rahmen von Drittmittelprojekten in internationalen Konsortien zur Entwicklung von Spektrographen durchgeführt. Vorrangiges Projekt in diesem Zusammenhang ist der Spektrograph CARMENES, der in einer deutschspanischen Kollaboration entwickelt und gebaut wurde. Am IAG wurden Fabry-Perot Etalons (FPs) als relative Frequenzstandard entwickelt, die mit dem FTS charakterisiert wurden. Die Wellenlängenkalibrierung basiert auf Frequenzen von Uran und Thorium, mit dem FTS wurden Linienkataloge für verschiedene Hohlkathodenlampen (HCLs) erstellt und das zeitliche Verhalten der Lampen untersucht (ThNe, UNe). Basierend auf diesen Untersuchungen wurde die Kalibrationsstrategie für CARMENES definiert. Linienlisten sowie eine Strategie zur Kalibrierung von Spektrographen mithilfe von HCLs und FPs wurden veröffentlicht. Weitere zentrale Projekte, in denen mit dem FTS Methoden zur Frequenzkalibration untersucht werden sind die BMBF-finanzierten Verbundprojekte CRIRES+ und HIRES. Im CRIRES+ Projekt wird der bis 2015 betriebene Spektrograph CRIRES des Europäischen Südsternwarte (ESO) erweitert. Mit dem FTS wurden Gaszellen, HCLs, Plasmalampen sowie FPs zur Kalibrierung charakterisiert, die z.T. im neuen Instrument CRIRES+ ab 2018 zur Verfügung stehen sollen. Das Projekt HIRES zielt auf die Entwicklung eines hochauflösenden Spektrographen für das ESO Extremely Large Telescope (E-ELT). Das Projekt befindet sich noch in der Planungsphase, das IAG beteiligt sich u.a. an der Definition der Kalibrationsmethoden. Für alle Instrumentierungsprojekte sind grundlegende spektroskopische Arbeiten notwendig. Diese werden zu einem grossen Teil durch den ERC-Starting Grant Wavelength Standards finanziert. Spektroskopische Beobachtungen der Sonne werden mithilfe des VVT durchgeführt. Licht der Sonnenoberfläche kann dabei über eine Fasereinkopplung in das FTS geführt werden, um spektroskopische Messungen der aufgelösten Sonnenoberfläche durchzuführen. Desweiteren haben wir eine Fasereinkopplung nach dem zweiten Spiegel des VVT installiert, die es erlaubt, das Licht der integrierten Sonne in das FTS zu führen, um die Sonne als Ganzes (sun-as-a-star) zu beobachten. Ein erstes Ergebnis ist ein spektraler Atlas der Sonne, bei dem wir zeigen konnten, dass unser Atlas in seiner Qualität vergleichbar ist mit Standardspektren, die an grossen Sonnenobservatorien aufgenommen wurden, und dass die unsere Wellenlängenkalibrierung den bisher existierenden Spektralatlanten in weiten Teilen überlegen ist. Aufnahmen der Sonne wurden mit dieser Einrichtung an vielen Tagen durchgeführt.
Publications
- A high-resolution Fourier transform spectrometer for astronomical observations and development of wavelength standards. SPIE 8450E, 47L
Lemke, U.; Reiners, A.; Schäfer, S.
- A laser-lock concept to reach cm/s-precision in Doppler experiments with Fabry-Perot wavelength calibrators. Astronomy & Astrophysics, 2014, 569, 77
A. Reiners, R.K. Banyal, R.G. Ulbrich
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201424099) - Characterizing U-Ne hollow cathode lamps at near-IR wavelengths for the CARMENES survey. SPIE 9147E 54S
Sarmiento, L. F.; Reiners, A.; Seemann, U.; Lemke, U.; …
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2056501) - Near-infrared wavelength calibration of astrophysical spectrographs with the emission spectrum of the CN molecule. SPIE 9147E, 32B
Boesch, A.; Reiners, A.; Bernath, P. F.; Seifahrt, A.
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2053686) - Wavelength calibration from 1-5μm for the CRIRES+ high-resolution spectrograph at the VLT. SPIE, 9147E 5GS
Seemann, U.; Anglada-Escude, G., …, Reiners, A., …
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2056668) - Calibrating echelle spectrographs with Fabry-Perot etalons. Astronomy & Astrophysics, 2015, 581, 117
F.F. Bauer, M. Zechmeister, A. Reiners
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201526462) - Spectral line lists of a nitrogen gas discharge for wavelength calibration in the range 4500-11000 cm-1. Astronomy & Astrophysics, 2015, 582, 43
A. Boesch A. Reiners
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201526353) - The IAG solar flux atlas: Accurate wavelengths and absolute convective blueshift in standard solar spectra. Astronomy & Astrophysics, 2016, 587, A65
A. Reiners, N. Mrotzek, U. Lemke, J. Hinrichs, K. Reinsch
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201527530)
