Zu einer Einführungsveranstaltung zum Thema Spektroskopie luden am 22.4.2016 das Evangelische Gymnasium und der Verein "STARK! MINT-Förderung in Lippstadt e.V." Lehrer der Naturwissenschaften aus Lippstadt zu einem Workshop ein.
Das Licht der Sonne stand an diesem Tag im Mittelpunkt der Untersuchungen. Astronomen haben die Möglichkeit, im Licht der kosmischen Objekte deren Eigenschaften zu bestimmen. Dazu wird das uns erreichende Licht in seine Bestandteile, den Spektralfarben zerlegt. Wir kennen den Regenbogen als natürliches Phänomen, bei dem diese Zerlegung an Wassertropfen stattfindet und den bezauberden Farbschein erzeugt. In der Wissenschaft werden Spektrographen benutzt, um das Licht zu zerlegen.
Bernd Koch, Diplomphysiker und Mitarbeiter an der Ausbildungssternwarte am Carl-Fuhlrott-Gymnasium Wuppertal, leitete den Workshop. Zum Einstieg ins Thema präsentierte er multimedial die physikalischen Grundlagen und technischen Möglichkeiten zur Analyse des Lichtes.
Wie kommt es zur Aussendung von Licht? Wie unterscheiden sich Emissionsspektren und Absorbtionsspektren von kontinuierlichen Spektren? Mit welchen technischen Geräten lässt sich ein Spektrum erzeugen? Diesen Fragen wurde im weiteren Verlauf des Vortrages nachgegangen.
Nun ging es an die Arbeit. Die Grundlagen zum Aufbau und der Funktion des DADOS-Spalt-Spektrographen wurden den Teilnehmern vermittelt. In kleinen Gruppen von jeweils zwei Personen wurde der Gitterwechsel durchgeführt. Zum Spektrographen gibt es verschiedene Gitter, mit denen die Spektren in unterschiedlichen Auflösungen erstellt werden können. Für unsere Arbeit bestückten wir den DADOS mit einem Gitter von 900 Linien je Millimeter.
Mit einem Blick durch das Okular wurde zu Beginn das Spektrum einer Energiesparlampe betrachtet. Einzelne farbige Linien zeigen sich. Eine Energiesparlampe erzeugt ein Emissionsspektrum. Beim täglichen Gebrauch der Lampen nehmen wir das Gemisch dieser Farben als weißes Licht wahr, mit dem die Lampe die Umgebung erhellt.
Zum Festhalten der Beobachtungen kann das Okular am Dados gegen eine Kamera zur Aufzeichnung der Spektren ausgetauscht werden.
Das ist dann der nächste Schritt. In jeder Arbeitsgruppe wurde nun ein Bild vom Spektrum der Energiesparlampe erstellt. Dabei wurde der Umgang mit der Kamerasoftware geübt. Die richtige Belichtungszeit zu finden, war gar nicht so einfach. Bei einer geringen Empfindlichkeit, dann ist das elektronische Rauschen des Aufzeichnungschips niedrig, sollten alle Linien gut sichtbar und nicht überzeichnet sein. Besonders wichtig ist es, die richtige Einstellung für die Schärfe zu finden.
Gut vorbereitet ging es dann an die Aufzeichnung des Sonnenspektrums. Auf den Monitoren zeigt sich nun ein Band bunter Farben von Violett bis tief Rot. Schaut man genau hin, dann erkennt man viele unterschiedlich dicke schwarze Linien in diesen Farben. Beim Sonnenspektrum handelt es sich um ein Absorbtionsspektrum. Das in der Sonne erzeugte Licht aller Wellenlängen durchläuft auf dem Weg in unser Auge, hier zum Chip in der Kamera, die Sonnen- und die Erdatmosphäre. Dabei kommt es zu Wechselwirkungen mit den dort vorhandenen Elementen, die sich als schwarze Linien im Spektrum niederschlagen.
Das von uns verwendete Gitter ermöglicht es uns die Natriumdoppellinie und das Magnesiumtriplett sehr gut aufzulösen. Diese kann man besonders gut zur Festlegung der zugehörigen Wellenlängen herausfinden.
Die eigentliche Arbeit kommt nun. Das fotografierte Spektrum muss nun weiter verarbeitet werden. Mit entsprechender Software wurde dann das Spektrum normiert und anschließend kalibriert. Ausgehend von bekannten Wellenlängen fand deren Zuordnung entsprechend der markanten Minima statt. Als Ergebnis stand nun das beschriftete Spektrum der Sonne.