Leuk onderwerp! Naar mate in me meer verdiep in de astronomie loopt ik tegen steeds meer interessante onderwerpen gerelateerd aan de sterren en planeten. Er is een massa bekend en nog veel meer onbekend in dit vakgebied, dat blijkt.
Een van die onderwerpen is de samenstelling van sterren; waaruit bestaan sterren? Ik dacht dat alle planeten gewoon ronde, steenballen waren. Zoals de aarde. Misschien met een zachte kern van hete massa … Maar nee. Slecht de eerste vier planeten (vanaf de zon gerekend: Mercurius, Venus, aarde en Mars zitten zo in elkaar (de daarom aardse- of terrestrische planeten genoemd) . De andere bestaan (voor zover ik nu begrepen heb) voornamelijk uit gassen (de gasreuzen Jupiter en Saturnus) of ijs (de ijsreuzen Uranus en Neptunus). Elke planeet heeft dan wel of niet een dampkring, elk met een verschillende samenstelling.
Voor de bepaling van de samenstelling van een planeet en/of sterren wordt spectroscopie gebruikt. Hier vond ik een aardig filmpje waarin dit kort wordt uitgelegd en op de site van de JWG, oftewel de Jongeren Werkgroep Sterrenkunde, vond ik nog een verhelderend stukje over het spectrum.
AI zegt over spectroscopie het volgende.
Spectroscopie is een krachtig hulpmiddel in de astronomie waarmee astronomen de samenstelling, temperatuur, dichtheid, en beweging van sterren en andere hemellichamen kunnen bestuderen. Door het licht van een ster te analyseren en te splitsen in zijn componenten, kunnen wetenschappers spectraallijnen identificeren die specifieke elementen en omstandigheden onthullen.
Hoe werkt het?
- Licht splitsen:
Een spectrograaf, een instrument dat deel uitmaakt van een telescoop, splitst het licht van een ster op in zijn verschillende golflengten, net zoals een prisma een regenboog produceert.
- Spectraallijnen:
Het resulterende spectrum vertoont donkere of heldere lijnen, bekend als spectraallijnen. Deze lijnen corresponderen met specifieke golflengten die door atomen in de ster worden geabsorbeerd of uitgezonden.
- Analyse:
Door de posities en intensiteiten van deze lijnen te analyseren, kunnen astronomen de chemische samenstelling van de ster, de temperatuur van zijn oppervlak en de aanwezigheid van magnetische velden bepalen.
- Dopplereffect:
De verschuiving van spectraallijnen door het dopplereffect, waarbij de lijnen naar het rood verschuiven wanneer een ster zich van ons verwijdert en naar het blauw wanneer hij naar ons toe beweegt, geeft informatie over de snelheid van de ster.
Om iets te doen met spectroscopie heb je dus een spectrograaf nodig. Zo’n spectrograaf of spectrometer is een nogal duur apparaat (van ca. €100, rustig door naar €10.000), maar zoiets met bescheiden middelen zelf opbouwen kan ook. Het maken van een spectrometer leek me dan ook een leuke bezigheid. Er zijn ook vele zelfbouw projectjes te vinden die gebruikmaken van verschillende methoden en sensoren.
De truc is dus om het licht te uit te splitsen, uit te rafelen in de verschillende golflengten (kleuren). Er zijn een aantal mogelijkheden om dat voor elkaar te krijgen.
Licht van een lamp dat door een prisma schijnt, zoals hierboven schematisch getoond, wordt door de breking van het prisma uitgesplitst, afhankelijk van de golflengte afgebogen in de kleuren waarmee het is opgebouwd.
Een andere manier is om het licht door een raster te laten breken; zoals hierboven te zien is. In het linker plaatje valt het licht door het raster (zoals met het prisma), in het rechter plaatje wordt het licht weerkaatst en opgevangen en gemeten door een diode (bijvoorbeeld). Het raster staat op een schijf die telkens een stukje gedraaid wordt. Per keer wordt er gemeten hoeveel licht van betreffende golflengte weerkaatst wordt. De grafiek toont het resultaat.
Blijkbaar is een cd’tje ook bruikbaar als een raster! Daarvoor moet je de reflecterende laag van de cd verwijderen en hier kwam ik tegen hoe je dit kunt doen. Ik heb het uitgeprobeerd en het werkt prima!
Tijdens mijn speurtocht naar spectroscopen op het internet kwam ik her en der de AS7341-module tegen.
Met zo’n module is dus een spectrograaf op te bouwen. Gisteren (2/7/2025) besteld en nu maar afwachten!
Ook zag ik als optie de vergelijkbare TCS3448-module, maar die kon ik bij Ali (nog?) niet vinden.
De AS7341 werkt zoals hierboven weergegeven. Het licht schijnt van bovenaf, door een spleet, op een gebogen raster. Het licht wordt afhankelijk van de golflengte meer of minder afgebogen en valt op de CMOS-sensor.
De AS7341 is een 11-kanaalsspectrometer:
- 8 kanalen voor het meten van zichtbaar licht tussen 400nm en 700nm,
- 1 kanaal voor het meten van IR-licht,
- 1 kanaal voor het meten van lichtflikkeringen (50 – 60Hz),
- 1 kanaal voor het meten van licht zonder filter (C – clear).
Detectiebereik zichtbaar licht: F1 (405-425 nm), F2 (435-455 nm), F3 (470-490 nm), F4 (505-525 nm), F5 (545-565 nm), F6 (580-600 nm), F7 (620 -640 nm), F8 (670-690 nm)
| Channel | Wavelength (nm) | Approx. Color Name | Description |
|---|---|---|---|
| ADC0 / F1 | 415 | Violet | Deep violet, near-UV |
| ADC1 / F2 | 445 | Blue | Deep blue, similar to royal blue |
| ADC2 / F3 | 480 | Cyan / Blue-Green | Between sky blue and cyan |
| ADC3 / F4 | 515 | Green | Emerald green / spring green |
| ADC0 / F5 | 555 | Yellow-Green | Bright lime, peak eye sensitivity |
| ADC1 / F6 | 590 | Amber / Orange | Amber LED / traffic light orange |
| ADC2 / F7 | 630 | Red | Bright red |
| ADC3 / F8 | 680 | Deep Red | Dark red, nearing infrared |
Hieronder een korte opsomming van gevonden bronnen (nader uit te werken/ aan te vullen).
Meer info over de AS7341:
- AS7341 datasheet
- https://www.waveshare.com/wiki/AS7341_Spectral_Color_Sensor
- https://learn.adafruit.com/adafruit-as7341-10-channel-light-color-sensor-breakout/arduino
- https://community.dfrobot.com/makelog-308416.html
- https://limsight.net/132/
Een hele discussie bij “Circuits online”:
Er zijn voorbeelden van zelfbouw spectrometers:
- https://www.instructables.com/DIY-Low-Cost-Spectrometer/
- https://github.com/kousheekc/DIY-Spectrometer-Analyser
- https://youtu.be/TPB1djiq0lI?si=lp-g9uikqz-MN5wG
- https://stoppi-homemade-physics.de/spektroskopie
- https://www.instructables.com/A-Homemade-Webcam-spectrometer-for-Emiss….
- https://www.instructables.com/Spectrometer-Using-Arduino met als fotodiode de bpw34.
- Building Your Own Spectrometer | Light Projects; met Arduino.
- DIY spectrometer (AS7341 based) – Flashlight Modding and DIY Parts – BudgetLightForum.com
Gebruikte software:
Ook zijn er mensen die zich met de Seestar op het spectroscopiepad begeven.
Er wordt gesproken over een AS200 (of een AS100), blijkbaar een filter (($195) is a diffraction grating with grooves that are spaced at 100 lines/mm), die voor de lens van de Seestar geplaatst wordt. Wat zou je zien wanneer je een ‘gepeld’ stukje CD voor de lens houdt?
Een aantal video’s op YouTube:
- https://www.youtube.com/watch?v=4BhlkOqo8cU,
- https://www.youtube.com/watch?v=aY4EHAjl0nk,
- https://www.youtube.com/watch?v=_DWnujTkjXk,
- https://www.youtube.com/watch?v=BN2ATGDnSm0.
- En op Facebook.
Voor de sterrenkijker, vier varianten:
- https://stoppi-homemade-physics.de/spektroskopie/ – maakt gebruik van de hierboven genoemde Theremino-software.
Uitwerking van bovenstaand verhaal met een Arduino in een volgende episode! 🙂