Meteoorspectra

Het fotograferen van meteoorspectra

Naast directe fotografie van meteoorsporen is het ook mogelijk om spectra van meteoren op te nemen.
Uit meervoudige opnamen van meteoren kunnen de baan in de atmosfeer, snelheid, radiantpositie, en baan om de zon (baanelementen, heliocentrische baan) bepaald worden.
Het Dutch Meteor Society small camera program (1979-2018) heeft op deze wijze gegevens van meer dan 1500 heldere meteoren en vuurbollen vastgelegd. De vuurbolcamera’s van het Europees Netwerk (EN) volgen ruwweg dezelfde procedure.
Met EN opnamen gaan we nog een stap verder, immers digitale opnamen maken ook directe fotometrie aan de vastgelegde RAW beelden mogelijk.
Met het fotograferen van meteoorspectra gaan we nog een stap verder. Met het vastleggen van meteoorspectra in hoge resolutie kunnen de temperatuur van het gloeiende gas (plasma) dat de meteoroïde omhult als functie van de hoogte bepaald worden. De emissielijnen van een meteoorspectrum geven daarnaast informatie over de samenstelling van de meteoroïde. Meteoorspectra maken het dus mogelijk om de samenstelling van meteoorzwermen in de ruimte, en dus hun komeet van herkomst te bepalen.

Techniek in het analoge tijdperk

Gedurende de periode 1975-2002 werd gewerkt met meteoorspectrografen op filmmateriaal.
Omdat bij het vastleggen van een meteoorspectrum het licht van de meteoor over een veel groter aantal lijnen wordt verdeeld, is de grensmagnitude voor een meteorenspectrograaf aanzienlijk ongunstiger dan bij directe fotografie. Pas bij zeer heldere vuurbollen, vanaf magnitude -8, kan met analoge fotografie een acceptabel spectrum worden verkregen. Het hoeft dan ook geen verwondering, dat het aantal vastlegde fotografische meteoorspectra in die periode niet groot is: 3 stuks.
Omdat een meteoor een bewegende puntbron is, is er geen spleet nodig om een spectrum te produceren. Het plaatsen van een prisma of tralie vóór het fotografisch objectief volstaat. Onze eerste spectrografen waren prismaspectrografen, omdat in de jaren zeventig goede en voldoende grote tralies nauwelijks verkrijgbaar waren.
De resolutie was laag: een 45 graden prisma voor een lens met een brandpuntsafstand van 105 mm gaf een spectrum van maar 3 mm groot. Bovendien zijn prismaspectra niet lineair.
De prismaspectrografen werden al vroeg terzijde gezet.

Prismaspectrograaf met 45 graden kroonglasprisma op f/4.5-105 mm optiek. Ca. 1971

Het grotere werk

Om een voldoende groot spectrum te krijgen, werden analoge meteoorspectra vastgelegd met camera’s met een grote brandpuntsafstand. Vanwege het kleine gezichtsveld volstaat een kleinbeeldcamera met telelens niet. Er werd gewerkt met in die tijd in de dumphandel nog volop verkrijgbare vliegtuigcamera’s uit de tweede wereldoorlog en later camera’s die gebruikt werden door cartografie en luchtfotografie. Het nadeel van deze toestellen, los van het gewicht en de bewerkelijkheid, was het grote filmformaat dat de inzet van deze toestellen peperduur maakte. De in die tijd populaire Williamson F24 luchtkarteringscamera was voorzien van een f/2.8-203 mm objectief en maakte afbeeldingen van 13 x 13 cm op 6 meter lange rolfilms. Ook het ontwikkelen van deze films was een apart kunstje. Vóór de lenzen van deze camera’s werden tralies geplaatst die uiteindelijk spectra van ruim 8 cm op de fotografische plaat opleverden.

Twee geautomatiseerde Williamson F-24 luchtkarteringscamera’s, de linker voorzien van een 150 lijnen/mm tralie. Ca. 1979.

150 lijnen/mm tralie voor een f/2.8-203 mm lens van een F24 luchtkarteringscamera. Ca. 1975.

150 mm Zeiss Tessar spectrograaf met blazed tralie 1500 lijnen/mm.
In gebruik tussen 1982 en 2012.

Drie goede spectra

Met deze apparatuur werd op 16 augustus 1975 het eerste echt bruikbare Nederlandse meteoorspectrum gefotografeerd.
Vanaf 1982 werd een camera met een zgn. blazed tralie ingezet. De lijnen van een dergelijk tralie zijn onder een hoek van 19 graden ingesneden. Daarmee komt het grootste deel van het licht aan één kan van de primaire afbeelding terecht wat een gunstig effect heeft op de grensgrootte.
Met deze apparatuur werden twee waardevolle en gedetailleerde meteoorspectra vastgelegd in 1985 en 1989, beide van Perseïden met magnitude -12.

Spectrum van een -8 sporadische vuurbol, opgenomen met een F24 luchtkarteringscamera met tralie 150 lijnen/mm op 16 augustus 1975.

Spectrum van een -12 Perseïde vuurbol. 12 augustus 1985. f/4.5-135 mm Tessar met blazed tralie 450 lijnen/mm.

download

Spectral analysis of two Perseid meteors
J.Borovicka and H.Betlem
Planet.Space.Sci. Vol.45, no. 5 pp. 563-575 (1997)

Meteoorspectra in het EN

In het digitale tijdperk is spectrografie een onderdeel van het integrale onderzoek op de EN stations. De kwaliteit van de optiek is zoveel beter dan 40 jaar geleden, dat optiek met korte brandpuntsafstand in combinatie met tralies met 1000 lijnen per millimeter of meer volstaat om hoogwaardige spectra te verkrijgen.
De stations van het Tsjechische netwerk werken met 15 mm Sigma fish-eye lenzen op Canon 6D body’s. Een dergelijk toestel wordt ook in ons station EN900 te Winterswijk-Woold aan de all-sky opstelling toegevoegd.

Het zeer gedetailleetrde spectrum van een Lyride vuurbol op 23 april 2021 0m 1:30:35 UT, opgenomen met een Canon 6D camera met Sigma f/2.8-15 mm fish-eye lens en een tralie met 1000 lijnen per mm. Foto: Ondrejov Observatory, Tsjechische Academie van wetenschappen.