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La rifrazione dipende dalla lunghezza d'onda

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Academic year: 2021

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(1)

La luce viene rifratta dall'atmosfera in modo che  aumenta all'aumentare della massa d'aria.

La rifrazione dipende dalla lunghezza d'onda

A massa d'aria 1.5 fra blu (4000 A) e rosso (8000 A)  c'e' una differenza superiore al secondo d'arco

Conseguenze per la spettroscopia ??

(2)
(3)

La luce viene dispersa in modo differente (blu rosso)  lungo la direzione verticale per cui se allineamo la  fenditura dello spettrografo in quella direzione non  perdiamo luce (blu rispetto alla rossa).

Ne consegue che ad ogni posizione dell'oggetto  compete un angolo ottimale con cui orientare la 

fenditura detto angolo parallattico che varia da sito a 

sito (la distanza zenitale di un oggetto dipende oltre 

che dalla sua RA DEC e orario di acquisizione anche 

dalla latitudine del telescopio.)

(4)
(5)

In alternativa alla rotazione della fenditura si puo' costruire e utilizzare uno strumento ottico ADC 

(Atmospheric Dispersion Corrector) capace di  correggere l'effetto dell'atmosfera.

Ovviamente... inserire uno strumento comporta oltre che un costo anche …?

Se non volessimo ruotare la fenditura potremmo agire  su di essa in modo da eliminare l'effetto della 

rifrazione differenziale ?

(6)

In ascissa la distanza 

Zenitale, in ordinata la 

deviazione rispetto a una

Lambda di riferimento 

(4200 A)

(7)

Lo spettro di una std spettrofotometrica (G 191)

osservato con la fenditura orientata nel peggior modo

(perpendicolare all'angolo parallatico, con o senza 

ADC) 

(8)

   CCD 

 

  ABELL 2218  

 

(9)

CCD

Il CCD è costituito da una serie di elementi indipendenti  detti pixel, (picture element)

Le dimensioni dei  pixel   (variano da CCD a CCD)   fra i  10 e i 30  

Le dimensioni dei CCD sono dell'ordine di alcuni cm. 

L'output dei CCD è una matrice di numeri (uno per 

pixel) che hanno valore proporzionale alla “quantità” di  radiazione  incidente.

(10)

Ogni pixel  è in grado di “trattenere” gli elettroni  prodotti per effetto fotoelettrico dalla radiazione  incidente.

Il numero di elettroni  “trattenuti”  è proporzionale al  numero di fotoni incidenti e alla loro energia.

Per portare un elettrone dalla banda di valenza alla 

banda di conduzione e' necessario un fotone di energia 

maggiore o uguale a quella che separa le 2 bande 

(11)

Esercizio 24

Nel Silicio la separazione fra le bande (di valenza  e conduzione) corrisponde ad una differenza di  energia di 1,14 eV

I fotoni di energia inferiore ad essa attraversano il  Silicio senza produrre alcun effetto (non vengono  registrati dal rivelatore)

Il Silicio puo' dunque essere utilizzato  per rivelare  fotoni di lunghezza d'onda inferiore a ? 

h≃6.6⋅10

−27

erg s c≃2.998⋅10

10

cm s

−1

(12)

Il numero di elettroni  “trattenuti”  nei pixel non è   illimitato.

Ogni pixel puo' “trattenerne” un numero massimo

Full well capacity (tipicamente fra 100 000 e 600 000  elettroni)

Superato questo valore il pixel è detto saturo

I valori registrati dal CCD non corrispondono  esattamente al numero di elettroni, ma ad una 

quantita' legata ad essi le ADU (Analogic to Digital units) comunemente dette conteggi.

Il guadagno (gain) del CCD stabilisce il legame fra 

elettroni ed ADU

(13)

Il guadagno (gain) del CCD stabilisce il legame fra  elettroni ed ADU

gain= N

e

ADU

Il numero di ADU non è  illimitato ma dipende dalla  precisione del sistema di acquisizione dati.

Generalmente i numeri interi sono registrati su 2 byte  (16 bit). Pertanto  il valore massimo di conteggi 

registrabili e' quello che corrisponde a

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

ossia 65535  

(14)

BIAS

È una posa non esposta

(otturatore chiuso e  tempo di  posa 0 secondi).

Serve per determinare Il rumore strumentale del fondo)  

DARK

È un bias lungo (tempo di posa pari a  quello delle acquisizioni scientifiche).

Segnala la presenza di eventuale  rumore termico.

(15)

Flat Field

Permette di correggere le non  uniformità di risposta (pixel to  pixel variations).

Può essere effettuato sul cielo  (notturno privo di stelle o ad 

alba/tramonto o utilizzando una 

lampada che illumina

(16)

Esercizio 25

L' esposizione di un CCD ad una sorgente di luce  uniforme (Flat Field) produce (una media) di 1800  conteggi.

Le variazioni di risposta strumentali (pixel to pixel  variation) sono pari all' 1%. 

Sono maggiori o minori della fluttuazione  statistica associata al segnale?

Che valore devono avere i conteggi per consentire 

la rilevazione della pixel to pixel variation?

(17)

Riduzione standard immagini CCD

Ad ogni immagine acquisita (scientifica, flat field e  dark) deve essere sottratto il bias che costituisce  una sorta di offset strumentale.

 

Questo comporta una sottrazione fra immagini  (pixel per pixel).

Se il  dark (sottratto del bias) non presenta alcun 

residuo l'immagine scientifica può essere divisa per il 

flat field, in caso contrario deve prima essere sottratta 

del residuo dark e poi divisa.

(18)

RIASSUMENDO   

Ima

corrected

= Ima−BIAS

FF−BIAS

Il   flat field  deve essere acquisito nella  stessa banda dell'immagine scientifica. 

Se il valore medio dei  conteggi (fondo cielo) della immagine  acquisita e' pari a 700 ADU , il valor medio dei conteggi del  BIAS e' pari a 90 ADU e quello del FF e' pari a 2000 ADU, che  valori medio avranno i conteggi dell' immagine corretta?

Esercizio 26

(19)

Equivalente a 

Ima

corretta

= Ima−BIAS

FF−BIASavecounts  FF−BIAS

Ima

corretta

= Ima−BIAS

FF−BIAS

avecounts  FF−BIAS

La correzione introduce un errore (ogni immagine si 

porta dietro la sua fluttuazione statistica (poissoniana) 

e i cosmici

(20)

Esercizio 27

Un CCD coi pixel di dimensione pari a 10 micron e' collocato al fuoco di un telescopio avente F= 10  m. Calcolare scala sul CCD e FOV (assumendo di  utilizzare un CCD 4096 x 4096 pixels)

Se su ciascun pixel ricevo dal fondo cielo 20 ADU quante ADU mi aspetto (per pixel) se ”binno” il  CCD di un fattore 2 (significa che leggo un pixel  costituito da 2x2 pixel) ?

Quante ADU mi aspetto (mediamente per pixel) se raddoppio il tempo di posa. Quante me ne 

aspetterei se utilizzassi un telescopio che ha il  diametro pari al doppio  di quello che ho usato  (assumere di aver usato un telescopio con 

diametro pari a 2 metri)?

(21)

Riduzione std di immagini  CCD con IRAF

In 137.204.68.26/paola/didattica/AA2016­

2017/tada/immagini/

trovate 4 immagini scientifiche acquisite in banda  B e R

10 bias

e10 FF (in B e R)

Il fatto che  bias e  FF siano 10 indica che se 

possibile ne faremo la media e utilizzeremo il bias  medio e il FF medio invece che uno singolo,

Perche'?

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