Very HI Resolution Solar Spectroscope

Uno spettroscopio-spettroelioscopio solare ad altissima risoluzione facilmente scomponibile e trasportabile

An easy portable very high resolution solar spectroscope- spectrohelioscope.

La storia di VHIRSS

Hystory of VHIRSS

Gli spettroscopi  solari da me sinora costruiti, pur essendo strumenti di tutto rispetto quanto a risoluzione e prestazioni generali, presentano tuttavia un inconveniente: l'ingombro ed il peso, nonchè la difficoltà di assemblaggio, che ne limitano il trasporto e la modifica dei singoli componenti.Avvertivo quindi la necessità di progettare uno strumento di altissime prestazioni che fosse nello stesso tempo flessibile quanto ad assemblaggio, e di peso e dimensioni quanto più possibile contenute, conservando tuttavia la possibilità di funzionare come spettroelioscopio digitale come HIRSS e HIRSS2.L'unica soluzione progettuale che corrispondesse a tale caratteristiche è quella del tipo Littrow od autocollimante, nel quale, come si sa, la funzione di collimazione e quella di osservazione sono svolte dalla stessa ottica, a lente o specchio che sia.Punto dolente e delicato di tale diffusissima soluzione è, tuttavia, la possibilità concreta di riflessi interni provocati dall'interferenza tra il fascio ottico in ingresso dalla fenditura e quello diffratto di ritorno che  va all'oculare od alla camera , che rischiano di impastare l'immagine, ovvero il decentramento dell'immagine spettrale.Per tale motivo ho da sempre snobbato tale configurazione, che comunque presenta l'innegabile vantaggio della praticità d'uso, tanto che viene quasi sempre usata in campo industriale e scientifico.

Solar spectroscopes I built till now , all instruments of high perfomances, have anyway the issue of being heavy and difficult to assemble, and not easy to carry.I had then the idea to develop an easier to assemble and disassemble and lighter instrument of the same or higher perfomances than HIRSS or HIRSS2.The only configuration that could meet this idea was the one of autocollimating or Littrow spectroscope,in which the function of collimation and observation are done by the same optics, regardless if mirror or lens.A serious problem of such kind of instrument is the internal reflection among the entrance beam from the slit and the exit diffracted one to the eyepiece , whose result is a general low contrast of image.For this reason I had always left apart this solution in the past.

Il tipo di configurazione Littrow che  ritenevo più facile da assemblare ed usare è quella riportata nella figura che segue, con la fenditura situata dal lato opposto all'obiettivo di un rifrattore ed al reticolo, e con l'oculare o la camera posti a 45° rispetto all'asse dello strumento, in modo di poter osservare con una certa comodità, come in un telescopio newton.

The Littrow configuration I intended to use was the one, shown in the following image, with the slit opposite to a refractor objective lens and a grating ,and  the eyepiece placed at 45° respect to the instruments' axis,in which it is possible to observe like in a newton telescope.

E' necessario notare, tuttavia, che applicando il suddetto schema con l'aperture della fenditura ed il portaoculari completamente in asse (ossia al centro delle rispettive aperture) si ottengono numerosi riflessi parassiti ed uno spettro non perfettamente centrato nel campo dell'oculare o della camera.Ho trovato quindi necessario prevedere la possibilità di decentrare nei due assi sia il porta fenditura che il portaoculari, sistemandoli poi in modo ottimale.Questa è stata una complicazione notevole, che, come si vedrà, mi ha fatto perdere tempo nella realizzazione della cassa contenente fenditure e specchio di rinvio, molto simile, se non identica  ad una guida fuori asse commerciale.Lo schema definitivo dello strumento è stato quindi il seguente, con alcune modifiche rispetto al precedente, si notano: lo specchietto di rinvio posto alla base della cassa , la simmetria del centro dello specchio di rinvio e della fenditura rispetto all'asse ottico  e lo spostamento del centro del portaoculari  e dell'oculare rispetto all'asse (linee verdi).

It's necessary to underline, anyway,that such a scheme with slit and eyepiece holder in axis, at the very center of their opening , cause noticeable reflections in the image and a not perfect centered spectrum in the eyepiece or camera field of view.I found then useful to operate a slight off - axis positioning of both , slit and eyepiece holder.The scheme I used was then the following, with the 45° mirror placed at the bottom of the box, a simmetric position of eyepiece and slit holder to each other respect to optical axis, and their position off axis respect to the center of the box (see green lines).

Una volta stabilito il progetto, si trattava di scegliere le ottiche da usare, ed il reticolo.Come ottiche dello spettroscopio, decisi di usare un Orion 80 ED che possedevo da tempo, e le cui prestazioni erano più che soddisfacenti.L'uso di un ottica semiapo permetteva di ridurre al minimo lo spostamento del fuoco tra una banda spettrale ed un altra., inoltre la focale di 600 mm, pur essendo più che sufficiente per l'alta risoluzione permetteva di contenere le dimensioni dello strumento, sia quanto a peso che a lunghezza.In tale prospettiva, decisi di usare come cannocchiale  per proiettare l'immagine solare sulla fenditura un acromatico 70/500 in precedenza usato come guida, che, oltre a possedere un'ottica degna, aveva l'insostituibile pregio di una estrema leggerezza.Quanto al reticolo, per massimizzare la dispersione e quindi il potere risolutivo dello strumento avevo bisogno di un elevato numero di l/mm: superai allora la mia antica idiosincrasia per i reticoli olografici, e ne ordinai uno da quadrato da 50 mm di lato e ben 2400 l/mm.La scelta si rivelò poi giusta, in quanto, al prezzo di un contrasto leggermente inferiore ai reticoli "ruled" mi trovai in possesso di un vero strumento da osservatorio solare.Il  supporto del reticolo reticolo fu realizzato in PVC scuro da 12 mm forato longitudinalmente per far passare l'asse e con due fori filettati posteriori nei quali inserire due viti che rendano il reticolo stesso solidale all'asse stesso, una comune barra filettata da 5mm.

Once defined the project,I was concerned about the optics to use for it.For the spectroscope, I decided to use an Orion 80 ED scope, whose perfomance and optical correction were quite good.The use of a semi-apo lens was a good choice to reduce the focus displacement between a spectral zone and another (say, between deep blue and red, for example), furthermore, an FL of 600 mm was enough to obtain a very high resolution with a low instrument's weight and dimensions.As a telescope, to send a solar image onto the slit, I choosed a 70/500 acro refractor,with a good lens, and a feature ,looking very important to me,of an extremely light weight.In order to realize an "observatory class instrument" i needed of a very high resolution grating, so decided to overcome my ancient diffidence for holographic gratings , and I ordered one 50 x 50 mm square, of 2400 g/mm.This choice was the proper one,for that grating, at the price of a lower contrast respect to the "ruled" made me able to own a real professional observatory instrument.The grating holder was realised, as usual, at home, with a 12 mm thick pvc piece with a longitudinal hole for the axis insertion and two threaded hole on the back with plastic screws, to make possible for the axis to be joint to the grating holder itself.

Il reticolo olografico da 2400 l/mm con il suo supporto.Notare le due viti nella parte posteriore che, stringendosi, rendono il supporto e quindi il reticolo, solidale all'asse di rotazione.

The holographic grating of 2400 g/mm with its holder.Note the two screws on the back that make the holder itself, and the grating,  rotate with the axis.

La filosofia del progetto è quella di realizzare uno strumento sofisticato e professionale semplice da assemblare, disassemblare e trasportare, oltre che di peso ed ingombro non eccessivo.Ho quindi deciso la sua composizione in 5 elementi, ciascuno facilissimo da smontare e trasportare, diminuendo quindi l'ingombro ed aumentando la facilità  del trasporto .

Gli elementi sono:

- La cassa contenente il reticolo ed il suo sistema di movimentazione,ricavati da un semplice paraluce di un rifrattore 102/500, già usato per un altro strumento(HIRSS2).Non ho ritenuto di usare il paraluce stesso dell'ED 80 in quanto dovevo forarlo per far passare l'asse del reticolo, e preferivo intervenire su un pezzo che non mi era più di utilità.

- Il tubo del rifrattore Orion ED 80

- La cassa quadrata di alluminio 80 x 80 contenente lo specchio di rinvio quadrato di 20 mm e la fenditura regolabile.

- il tubo del rifrattore Skywatcher 70/500 usato per inviare l'immagine solare alla fenditura

- il piano di multistrato laminato 20 x 100 usato come supporto per gli anelli dei due rifrattori, in modo che il cono ottico del 70/500 fosse a registro con l'ingresso della fenditura, ed a fuoco sulla stessa.

The project's philosophy is to realize a simple and easy to assemble and disassemble instrument, easy to carry on a car, with a not excessive weight, so I decided to split it into five components, as follows:

- The box with grating and its rotation system, built into a simple refractor 102/500 lens hood

- the Orion 80 ED tube.

- the square 80x80 mm aluminum box.

- the Skywatcher 70/500 tube used to send sun image onto the slit

- the plywood 20 x100 20mm thick support for both refractor's rings, placed with the optical cone of 70/500 in focus onto the slit

1)  Il contenitore del reticolo

Come detto, il contenitore del reticolo non è altro che il paraluce di un rifrattore simile (un 102/500)  forato in senso trasversale, nel quale passa un pezzo di barra filettata da 5 mm che costituisce l'asse del reticolo.Stavolta, tuttavia, in considerazione dell'altissima risoluzione dello strumento,ho deciso di utilizzare un sistema di movimentazione più sofisticato, seppure concettualmente molto semplice, quello "a braccetto", simile al movimento micrometrico in declinazione delle montature amatoriali a forcella. In sintesi, il movimento veloce è ottenuto con  la rotazione di una semplice manopola fissata su una delle estremità dell'asse del reticolo.Il movimento fine è, invece, ottenuto con un braccetto in PVC posto all'altra estremità dell'asse, il quale, tramite una vite che agisce da frizione , viene reso solidale all'asse stesso e spinto in avanti od all'indietro da una vite lunga da 4 mm che viene fatta avanzare od indietreggiare in un cammino filettato posto in un altro pezzo di PVC agganciato con delle viti al paraluce/contenitore.Una molla di ritorno unisce poi il braccetto al pezzo di pvc con la vite di avanzamento.Il paraluce stesso,col reticolo ed il sistema di rotazione dello stesso viene poi fatto entrare a pressione nella cella del rifrattore 80 ED.Nel mio strumento non ho dovuto prevedere alcun sistema di fermo del paraluce alla cella in quanto questo entrava con notevole difficoltà, e, una volta entrato e bloccato a fondo corsa non si muoveva più.Al limite, si potrebbe aggiungere allo stesso, ove necessario, tre fori filettati a 120° con altrettante viti di blocco in nailon.

1) Grating box

As I said before, the grating box is a 102/500 refractor lens shade that fits  in the 80/600 ED lens cell.Inthe lens shade I made a trasversal hole to insert a threaded bar 5 mm metric that is the axis of the grating.Considering the very high perfomances of the instrument, this time I preferred to use a more sophisticated grating rotation system,  called "tangent arm", similar to the one used for micrometric movement of declination axis in some amateur fork mount.Then , the speedy rotation is obtained by means of a knob at an end of the axis,while the micrometric rotation is realized by a tangent arm in PVC put at the other end of axis , that, by means of a screw, is joint to the axis itself and made move by another long screw inserted in threaded hole on another piece of PVC put on the lens shade.A spring join the tangent arm to the small PVC block with the tangent arm movement screw to assure the arm to move forth and back.I didn't feel the necessity to block the lens shade to the lens cell for it fits exactly in this making a noticeable pressure, and, once inserted, will no longer move at all.Anyway, in some cases it could be useful to make three threaded 120° holes in the lens shade with nailon screws to block firmly it.

Il box del reticolo visto dall'alto

Grating box: view from above

Vista laterale del sistema di movimento micrometrico del reticolo

 Side view of grating micrometric rotation system

L'altro componente fondamentale del nuovo strumento è il box in alluminio, ricavato da un quadratino di alluminio 80 x 80 mm con tappi di chiusura del medesimo materiale e tre fori filettati 42 mm x 1   ricavati su tre lati del medesimo (due opposti, ed uno sopra) come in un flip mirror od una guida fuori asse.Ed è proprio a quest'ultima che tale componente assomiglia in modo notevole, come si può osservare dalla figura che segue.Dalla figura stessa si può notare inoltre come la fenditura e lo specchietto di rinvio siano collocati in posizione simmetrica rispetto all'asse ottico e, inoltre, sia la fenditura regolabile che il portaoculari da 31,8 mm siano posti fuori asse rispetto ai fori da 42 mm ricavati al centro delle tre facce della scatola di alluminio.Il posizionamento fuori asse  permette, oltre che una visione dello spettro al centro del campo, anche la riduzione o la eliminazione dei riflessi interni del sistema.

The other important component of the instrument is the box with the adjustable slit and a 45° mirror, which send to the eyepiece or to the camera the diffracted beam coming from the grating,  and brought to the focus by the ED 80 lens.It was obtained from a square 80 x 80 mm aluminum box with three 42 x 1 threaded holes on three sides,and looking similar to an off axis guider.In the following image, we can note as the slit and the mirror are positioned  to each other in simmetry with the optical axis.Furthermore, both the slit and the eyepiece holder were placed off axis respect to the center of the holes on the box

L'ultimo componente, il più semplice, è un piano di multistrato laminato 20 x100 che unisce i due rifrattori, l'80 ED ed il 70/500.I relativi anelli sono appoggiati a spessori in legno per ottenere un sufficiente allineamento delle ottiche, mentre i fori di attacco al piano laminato sono svasati per permettere di correggere piccoli disallineamenti trasversali.Ho preferito tale soluzione, anzichè quella di un sistema micrometrico di allineamento sui due assi, che pure posseggo, per limitare al massimo il peso.Tali accorgimenti sembrano aver avuto successo, dato il peso complessivo dello strumento è di 8 Kg, il che può sembrare non pochissimo, ma è un peso assolutamente irrisorio in rapporto alla sue prestazioni.La lunghezza si aggira sui 120 cm:in definitiva,quindi all'incirca le dimensioni ed i pesi di un  Newton da 20 cm a f6.A proposito di allineamenti, è bene precisare che la grande comodità di tale configurazione  , una volta sistemato ed allineato lo spettroscopio autocollimante, è quella che l'unico ulteriore allineamento richiesto è quello con l'ottica che alimenta la fenditura: in parole povere l'asse ottico del cannocchiale deve coincidere con il centro della fenditura dello spettroscopio  ed il suo punto di fuoco deve trovarsi sulla stessa.Nell'immagine seguente è mostrato l'intero strumento, che è quindi scomponibile in due minuti in tre o cinque componenti principali e quindi facilissimo da trasportare in auto.Rispetto ad HIRSS ed HIRSS2 presenta, oltre alla risoluzione superiore, il grande vantaggio della estrema portatilità.Un flip mirror posto nel focheggiatore del rifrattore 70/500 permette di osservare ed inquadrare, con un filtro di astrosolar anteposto all'obiettivo, la regione solare d'interesse, della quale poi, togliendo il filtro e rilasciando lo specchietto del flip mirror stesso, può essere osservato o ripreso lo spettro nella lunghezza d'onda desiderata.

The last element, the simplest, is a plywood plane 20X100 that holds the two refractors together, the 80 ed and 70/500.The rings stay on small plywood pieces to get a good alignment, while the holes on the plywood base have been enlarged to correct small disalignments.I preferred such a system instead of a micrometric stage, that I own, to limit the overall weight.It seems i succeed, considering that the weight is only 8 Kg for a lenght of 120 cm: about the size and weight of a good 20 cm f 6 Newton telescope.In the following image is showed the whole instrument, that can be  easily disassembled in three or five parts and is very easy to carry in a car.Respect to HIRSS and HIRSS2 it has, a bit of more resolution and the advantage of extreme portability.A flip mirror in the focuser of 70/500 refractor let to observe, with an astrosolar  filter on the lens the solar region of interest, of which, taking off the filter, can be observed the spectrum in a choosed wavelenght.

 Vista complessiva dello strumento

  Overall view of the instrument

Le modalità operative sono estremamente semplici: basta puntare lo strumento verso il sole (utilizzando il cercatorino del rifrattore 70/500 munito di filtro astrosolar) e far scorrere leggermente il tubo del predetto lungo i suoi anelli sino a che l'immagine solare resa dall'obiettivo sia perfettamente a fuoco sulla fenditura regolabile chiusa, quindi basta aprire di pochissimo la medesima ed osservare attraverso l'oculare dello spettroscopio mettendo a fuoco l'immagine con focheggiatore dell'80 ED.E' bene notare che , a differenza di  HIRSS e HIRSS2, qui si focheggia contemporaneamente lo spettro (ovvero il suo bordo) e le righe in esso visibili.Col movimento della manopola prima, e col movimento micrometrico poi, si seleziona la zona dello spettro e le righe di interesse.

Per quanto riguarda le prestazioni, l'immagine dello spettro del sodio a 5889,97 e 5895,94 A in falsi colori sotto riportata parla da sola (il grafico dell'immagine è stato ottenuto con Astrospectrum di Ivaldo Cervini).La risoluzione teorica dello strumento nell'ordine +1 è di 120.000; la dispersione con una webcam  BN con pixel da 5,6 micron risulta, in tale zona spettrale, di 0,028 A/pixel, mentre, usando una barlow la dospersione aumenta ancora ad un valore di 0,011 A/pixel: tanto per intenderci, il doppietto del sodio , che misura 6 A, entra a malapena nell'immagine 640 x 480 .La risoluzione effettiva, molto elevata in relazione alla chiusura della fenditura, impone di tener conto del seeing, che talvolta è determinante nell'individuazione delle righe spettrali.

The operational mode is quite simple: One has to aim the 70/500 refractor to the sun  by the aid of its small pointer with an astrosolar filter,and make the tube slide slowly along its rings, till the sun image on the slits jaws (shut) is crisp.After, opening a little the slit jaws will make the spectrum appear and it's necessary to focus it by the 80 ED focuser.Then, the rotation of the knob first, and  of the the micrometric device after,will allow to select the bandpass and the lines of interest.

About the perfomances, the image hereunder  of Sodium spectrum at 5889.97 e 5895.94 A speaks by itself.The spectroscope theoretical resolution in 1st order is 120,000, while,using a webcam with 5.6 micron pixels the dispersion is, in that spectral zone, 0,028 A/pixel, and, using a barlow, 0,011 A/Pixel:in this last case, the sodium doublet fits with difficulty in a 640 x 480 image.

Si tratta di valori da strumento professionale, ed al proposito chiarisce il paragone tra il precedente spettro del sodio con WHIRSS e quello della stessa zona spettrale ottenuta dalla survey ad alta risoluzione dello spettro solare dello spettrometro dell'osservatorio svizzero della Jungfraujoch-Gonergrat (fonte Bass 2000 Hi res solar spectrum) .L'immagine da me ottenuta è stata depurata dalle righe dell'H2O atmosferico e riscalata alla più alta risoluzione per poter effettuare un paragone .Lo strumento quindi costituisce un'ottima piattaforma per effettuare il controllo delle righe "Zeeman sensibili" dello spettro solare, anche quelle meno evidenti,e per esperimenti sul campo magnetico delle regioni attive.Purtroppo la minima attività solare nel momento in cui scrivo (aprile 2009) non mi ha consentito di testare lo strumento in tale settore

One deal with professional instrument perfomances, and about it is useful the following comparison between the sodium spectrum of the previous image, obtained by VHIRSS and that of the same spectral region by Swiss Observatory Jungfraujoch-Gonergrat survey (courtesy BASS 2000 Hi Res solar Spectrum).VHIRSS image was resized and depured of H2O atmospheric lines to make a comparison.The instrument is, then, a good platform to monitor the  "Zeeman sensitive" lines and for experiments on magnetic field of active regions.Unfortunately,  the very low sun activity in this period (april 2009) didn't let me test this kind of perfomance.

L'immagine seguente della Ha e della regione spettrale vicina è altresì indicativa (webcam BN con pixel da 5,6 micron, 0,02 A/Pixel):La riga è talmente larga da costituire una vera e propria finestra sulla cromosfera.Il confronto, inoltre , del suo grafico con quello in Hi Res del NSO (Kitty Peak National Solar Observatory)- fonte Bass 2000 Hi Res solar spectrum costituisce una ulteriore prova delle potenzialità dello strumento per lavori seri sul sole.

The following image of Ha line and of the nearest spectral field is indicative(webcam BW ,  5,6 micron pixels, 0,02 A/Pixel);the line is so large to be a true window on the cromosphere.The comparison of its spectral profile with the one by NSO (Kitty Peak National Solar Observatory) - courtesy BASS 2000 Hi Res solar Spectrum is a further evidence of the instrument's capability to do serious works on the sun.

Profilo dello spettro della riga Ha ottenuto con VHIRSS (in grigio chiaro) sovrapposto a quello del NSO -Bass 2000 Hi Res solar spectrum (linea scura): essi quasi coincidono.

Spectral profile of Ha line by VHIRSS (in Grey) superimposed to the one of NSO - BASS 2000 Hi Res solar spectrum (dark line):they are quite coincident

Alcune delle righe accessibili per lo studio con VHIRSS e strumenti analoghi sono contenute nella lista dei riferimenti di SOLIS (Kitty Peak NSO) con l'ISS (Integrated Sunlight Spectrometer) che si riportano di seguito (fonte:NSO -SOLIS).Nella seconda tavola è riportata anche la sensibilità Zeeman e le caratteristiche delle righe stesse.La risoluzione usata varia da 30.000 a 300.000.

Some of the lines that can be studied by VHIRSS and similar instruments are reported in the SOLIS references (Kitty Peak-NSO) by ISS (Integrated Sunlight Spectrometer), shown hereunder (courtesy NSO-SOLIS) In the second table is defined the Zeeman sensitivity and features of the lines.The resolution is from 30,000 up to 300,000.

Il 13 luglio 2009 ho iniziato a provare anche tale strumento in modalità spettroelioscopio sulla riga Ha.La riga appariva enorme per l’elevata risoluzione del reticolo, la lunghezza focale abbastanza elevata delle ottiche ed i piccoli pixel della camera  (una Toucam III BN da 5,6 micron per pixel): essa sottendeva circa 40 pixel,quasi avvicinandosi alla risoluzione teorica dello strumento con la camera usata.Nell’immagine  che segue la riga appare nera, ed il bordo frastagliato, contrariamente a quello che si potrebbe credere, non è dovuto al seeing atmosferico terrestre, ma a moti verticali di elementi della atmosfera solare, mentre le righe trasversali sono conseguenza di microimperfezioni della fenditura.Per ottenere una immagine del sole, una volta posto il bordo inferiore del disco solare proiettato dal telescopio tangente al bordo superiore della fenditura col moto orario della montatura funzionante, ho avviato un filmato con la webcam e contemporaneamente ho spento il moto orario, facendo “scivolare” il sole sulla fenditura stessa ad un frame rate di 10 Fps per circa 3 minuti.Ho poi importato il filmato in IRIS convertendo i singoli frames in circa 1400 fits, e, per ogni fits ho preso la colonna da 1 pixel corrispondente al centro della riga Ha per ciascun frame, facendole affiancare ad IRIS col comando “scan2pic” ed ottenendo un’immagine del centro della riga .Ho quindi ripetuto la procedura per sette immagini centrate sulle colonne immediatamente a destra del centro riga (verso il blu) ed altre sette a sinistra verso il rosso: in tutto 15 immagini che ho poi mediate con Registax.Nessuna flat o intervento cosmetico, se si esclude una "autoflat", ovvero una divisione dell'immagine per se stessa in binning asse x, allo scopo di eliminare parte delle righe orizzontali.I particolari visibili mi hanno lasciato piuttosto soddisfatto, dato che, pur nelle sue ovvie limitazioni, l’output regge il paragone con strumenti professionali.Ovviamente l’immagine è una porzione del disco solare, in quanto per fare tutto il disco avrei dovuto fare altre due scansioni.E' bene precisare, infine, che lo strumento usato in modalità spettroelioscopio digitale non possiede una fenditura d'uscita, in quanto ho trovato alquanto vantaggioso sostiruire la medesima con filtri interferenziali centrati quanto più possibile sulla lunghezza d'onda desiderata.

On july, 13 2009 I tested the instrument in spectrohelioscope mode on Ha line.The line appeared to be very large for the high grating resolution, the medium focal lenght of optics, and the small camera pixels(5,6 micron).It was about 40 pixel large, according to the intrument's measured resolution.In the following image the line is black, with many transversal segmentations due not to terrestrial seeing, but to the sun atmosphere.To get a sun image in the line, I put the  solar disk image coming from the telescope tangent to the upper edge of the slit and launched a film while shutting down the mount's  sidereal motion,to let the sun to slide slowly along the slit at a 10 fps frame rate for about 3 mins.After I imported the AVI film in IRIS software, converting it in about 1400 fits frames  and , for every fits, I choosed a 1 pixel column at very center of Ha line, letting IRIS to join it to the same column of the others 1399 frames by the "scan2pic" command, obtaining a 1400 x 480 solar image to be rescaled in the exact proportions.Then I repeated the procedure for seven columns on the right side of Ha center (toward the red) and seven on the left side (toward the blue), getting a total of 15  solar images  stacked by Registax 5 soft.Obviously the images covered only a part of solar disk, so to obtain an image of the whole disk it ought to be necessary other two scans.It's useful to underline  that , using VHIRSS in spectrohelioscope mode, I didn't use any exit slit, preferring to use some interference filter centered in the wavelenght of interest, or quite near it.

Il confronto dell'immagine ottenuta (ruotata per rendere omogeneo l'orientamento e non trattata ) con quella di un osservatorio professionale altamente specializzato (CLIMSO-Pic du Midi) è confortante per quanto riguarda i particolari visibili, che sono grossomodo gli stessi, seppure con un ovvio innegabile vantaggio di nitidezza a favore dell'immagine professionale.C'è tuttavia da dire che l'immagine da me scansionata non ha ricevuto alcun trattamento cosmetico, (nemmeno quello di eliminazione delle righe longitudinali e trasversali ) allo scopo di rendere effettivo il paragone.Essa dimostra comunque l'elevatissimo livello di risoluzione raggiungibile con uno strumento tutto sommato semplice, sicuramente all'altezza di costosissimi filtri Ha di banda molto stretta.La scansione della riga Ha, ossia della riga di assorbimento dell'Idrogeno neutro, che costituisce circa il 75% degli strati esterni del sole, mostra questi ultimi sino ad un'altezza di circa 1700 Km dalla superficie.

The comparison of VHIRSS image with one of a professional dedicated instrument (CLIMSO -Pic du Midi) is quite interesting , showing similar features, but at a lower sharpness.It's anyway to consider that my image got no kind of preprocessing or cosmetic treatment.It's the evidence of results that one can get with a simple home made instrumentThe scan of Ha line, say of the neutral Hydrogen,that constitute the 75% in weight of outer layers of the sun, permits to see into a layer of about 1700 Km from the sun's surface.

Tra le righe di assorbimento importanti, nel cui ambito si indaga lo stato della Cromosfera solare, primeggiano quelle del Calcio una volta ionizzato Ca II K a 3933,68 A e Ca II H a 3968,49 A, che sono particolarmente intense (la Ca II K assorbe sino al 98% della luce) , e che permettono quindi di osservare la cromosfera in strati ancora più alti della riga Ha (oltre 2000 Km dalla fotosfera).L'elevata risoluzione dello strumento , che , sul formato 640 x 480 con pixel da 5,6 micron fornisce un campo orizzontale di appena 18 Angstrom, non ha permesso di riprendere entrambe le righe nello stesso frame: è bene precisare che l'immagine che segue è solo un collage, in quanto la distanza effettiva tra le righe è maggiore di quella mostrata ed una delle due dovrebbe trovarsi fuori campo.

Among the most important absorbtion lines , The Ca II K and H lines at 3933,68 and 3968,49 (Calcium once ionized) get a first place for the observation of solar cromosphere, a little higher than the Ha line,up to 2000 km from the photosphere .In the photo hereunder, are shown these lines; it's a collage, for the high instrument resolution doesn't let the lines to be imaged in the same frame.

La caratteristica fondamentale di questa riga è che il suo centro (K3) è molto sensibile ai campi magnetici ed alle temperature delle regioni attive,in presenza dei quali l'assorbimento è minore ed è trasmessa più luce, ciò si verifica in particolare ai bordi delle celle di supergranulazione, in pratica la linea si comporta in questi casi come in emissione, identica cosa si verifica in dimensioni più estese, nelle aree facolari delle regioni attive, che appaiono chiare sullo sfondo scuro .Tale caratteristica risulta evidente da una immagine tratta da un filmato di scansione, che si riporta di seguito, nella quale sono evidenti , dentro la riga verso il suo centro zone di minore e maggiore luminosità.Immagini ottenute  dal centro verso i bordi, permettono di evidenziare , come del resto per la riga Ha, l'attenuazione delle caratteristiche cromosferiche, in quanto si va più in profondità nella atmosfera solare.

The main feature of Ca II K line is that its center is very sensitive to magnetic fields,in which the absorbtion is less and it is transmissed more light, this happens particularly on the supergranulation cell borders: in these cases the lines appears quite to be in emission, as it does in active regions' faculaes.Such a feature is evident in the following image, a frame of a scan film, in which are visible inside the line lighter and darker points.Images obtained from the center to the sides of the lines seems to dim (as for the Ha line) the cromospheric network features.

L'immagine che precede è il risultato di una scansione effettuata il 7.8.2009, ed è la media di undici frames relativi alle colonne di 11 pixel centrati sulla riga Ca II K a 3933 A (5 a dx e 5 a sx di quello centrale).Evidente la cd "supergranulazione".La media ha comunque attenuato le caratteristiche ed il contrasto del centro di riga.

The previous image is the result of a scan done on  august, 7, 2009 , and it is the median of 11 frames centered on Ca II K line at 3933 A.It's evident the supergranulation.

Altre scansioni sono state effettuate in diverse righe di assorbimento, quali quella dell'Idrogeno beta a 4861,342 A e la riga Fe1 a 4957,307 A,  (le righe orizzontali non fanno parte delle rispettive immagini):

Other scans were done in others absorbtion lines, as the Hydrogen beta at 4861, 342 A  and the Fe 1 line at 4957,307 A:

Hydrogen Beta 4861 A Scan.

 L'apparenza della supergranulazione è la stessa della riga Ha, ma i particolari delle regioni attive (comunque non presenti nell'immagine in esame), sembrano più tenui per la minore intensità della riga rispetto alla Ha, dovuta alla minor efficienza delle transizioni Hb rispetto alle Ha.

Here the granulation appears to be quite the same of Ha, a little dimmer, as the other features of cromospheric network.

Fe 1 4957 A Scan

Qui la granulazione somiglia molto a quella fotosferica, in quanto si va più in profondità nell'atmosfera solare, rispetto agli strati cromosferici esaminati con le altre righe, in alcune linee del ferro si notano inoltre con maggior evidenza le zone facolari.

In this line the granulation appears to be very similar to the one of photosphere, for the layer  of solar atmosphere observed is deeper.

Osservazioni nella riga CaK in periodo di attività solare

CaK observations in solar activity time

Alla fine del mese di settembre 2009 il sole ha dato segnali di intensificazione dell'attività con l'apparizione contemporanea sul disco di due regioni attive, situate in posizione quasi opposta : la 11026 e la 11027.Era quindi interessante verificare la resa di VHIRSS in tale situazione di attività.Ho scelto la riga del calcio CaK in quanto entrambe le AR mostravano caratteristiche di intensità in tale riga.Una prima immagine sul monitor della riga in questione sovraesposta era entusiasmante, in quanto erano visibili, attraverso il centro riga, alcune plages e caratteristiche cromosferiche come si può osservare nella seguente immagine:

At the end of last September, 2009, the sun showed an increasing activity with the contemporary birth of two active regions; the 11026 and 11027.It was, then, mandatory to test the instrument in such an activity situation.I choosed the CaK line for both the AR showed a good intensity features in it.The first sight of the line overexposed on my monitor was  extremely interesting, and some plages in cromospheric network were visible through the line , as showed in the following image:

 Immagine del centro della riga Ca (CA K3) con evidenti i segni dell'attività cromosferica

Image of the very center of the line Ca (Ca K3) with some features of cromospheric network

Usando VHIRSS in modalità spettroelioscopio e facendo una scansione del disco solare nella sua parte centrale, si potevano osservare nella relativa immagine entrambe le regioni attive presenti sul disco stesso.L'immagine che segue è la media di 21 , 10 a destra e 10 a sinistra del centro riga, ovvero, considerando una risoluzione media di 0,025 a/pixel , di 0,25 A rispettivamente verso il rosso ed il blu.Le due regioni attive, la 11027(in basso) e la 11026 (in alto) risultano sovraesposte per lo stacking dei vari frames.L'immagine è stata ruotata ed elaborata con livelli, una flat sintetica e UM;

Using VHIRSS in spectrohelioscope mode, and making a scan of solar disk in its central part, I observed both the active regions.The following image is the median of 21 (10 on the right and 10 on the left of center line), and considering a medium resolution of 0,025 A/pixel, of 0,25 A respectively toward the red and the blue.The two AR, the 11027 in the lower part of image, and the 11026 in the top are overexposed for to the stacking of the frames.The image itself was rotated and processed with a levels, a synthetic flat and UM.

Nella figura che segue, invece, è riportata l'immagine del centro riga confrontate a quelle delle ali, a 0,25 A di distanza  verso il rosso ed il blu.Le immagini sono quelle Raw, senza alcun tipo di elaborazione,eccetto il ridimensionamento.Notare l'intensificazione delle plages delle AR al centro riga, nella quale è più marcata la sensibilità ai campi magnetici.

In the following image is shown the center line  compared with the wings, at a 0,25 A toward the red and blue.These are raw images, without any kind of processing, except the resizing.Note the intensifying of plages of AR in the center line, more sensitive to the magnetic fields.

Misurazione dell' Effetto Zeeman con VHIRSS

Zeeman Effect with VHIRSS