O espetro flash da cromosfera

Espetroscopia durante um eclipse solar

Um eclipse solar total oferece a oportunidade de obter um espetro de emissão da cromosfera.

Tirar fotografias espetaculares da coroa solar e uma extraordinária imagem da cromosfera: o chamado “espetro flash”!

Durante a observação diária do Sol, a luz da fotosfera e também a luz dispersa provocada pela nossa atmosfera são as características que predominam. As linhas de emissão da cromosfera permanecem invisíveis, pois o seu brilho é muito menos luminoso, uma vez que é emitido em todas as direções. Apenas são visíveis quando a cromosfera acima do bordo solar é observada isoladamente, revelando assim o brilho de vários elementos no plasma das camadas superiores. No entanto, estas observações apenas são possíveis com um maior esforço técnico.

Uma situação diferente é quando a Lua cobre o disco solar. Um eclipse solar total oferece, portanto, a oportunidade ideal de obter um espetro de emissão da cromosfera, através de meios simples. Se tal for possível, o observador obtém várias imagens da cromosfera alinhadas umas ao lado das outras em cores diferentes, cada uma com a sua origem numa linha de emissão. Dominantes são as linhas de hidrogénio da série de Balmer, o cálcio H e K e o hélio isoladamente ionizado. Este último foi descoberto como um elemento através deste método, em 1868.

O termo “espetro flash” foi criado por C.A. Young (1870) e é explicado pelo curto período de tempo durante o qual as linhas de emissão da cromosfera se iluminam. Em relação ao diâmetro do Sol, a cromosfera é apenas uma camada fina. Dado que a fase total dura apenas alguns minutos, a fase em que a cromosfera é perfeitamente visível é de apenas alguns segundos. Da nossa perspetiva, a cromosfera tem um diâmetro angular de apenas cerca de 10”. Devido ao elevado movimento próprio da Lua, a fotografia necessita de um bom timing. O espetro flash deve ser captado diretamente no início ou no fim da totalidade.

Sendo um gás quente e fino, a coroa também possui um espetro de linha de emissão. No entanto, apresenta linhas diferentes da cromosfera devido à temperatura mais elevada. Contudo, uma vez que a coroa não tem estruturas tão nítidas, o espetro resultante é difuso e as linhas de emissão são difíceis ou impossíveis de identificar sem a utilização de uma fenda.

A espetroscopia sem fendas é utilizada para decompor a luz nas suas cores, dividindo toda a imagem da cromosfera. Uma opção económica para conseguir isto é com uma grelha de transmissão, um vidro plano e paralelo com muitas ranhuras paralelas finas ou linhas escuras, sobre as quais a luz é difratada e provoca interferências. Tais grelhas estão comercialmente disponíveis na forma de molduras para filtros padrão de 1,25”, simplificando a integração da grelha no percurso de feixes. Para os espetros flash, as grelhas blazed são uma grande vantagem em comparação com as grelhas normais com linhas escuras devido ao tempo limitado, uma vez que o rendimento luminoso no espetro é particularmente elevado com estas.

Para obter um belo resultado, mostrando o espetro da cromosfera (1.ª ordem de difração) juntamente com o Sol “normal” eclipsado (0.ª ordem), a distância entre o chip e a grelha deve ser escolhida de forma ideal. O ângulo de difração depende do comprimento de onda λ e do número de linhas de grelha por milímetro L. As grelhas mais comuns têm 100 ou 200 linhas/mm. A distância x entre a 0.ª ordem e um determinado comprimento de onda da 1.ª ordem pode ser calculada em mm com a seguinte fórmula:

x = d * λ * L * 1000000

Aqui, d é a distância entre a grelha e o chip em mm e o comprimento de onda é utilizado em nm, por exemplo 400 nm para o azul ou 700 nm para o vermelho do espetro. Desta forma, é possível calcular se tudo enquadra no sensor.

Exemplo: uma grelha com 100 linhas/mm é aparafusada num bocal de 1,25”, que por sua vez é ligado a uma DSLR através de um anel em T. Com as típicas distâncias focais de flange, a distância total entre grelha e chip é cerca de d = 90 mm. A linha Hα a 656 nm é consequentemente representada no chip a 5,9 mm de distância do objeto ou da 0.ª ordem. O método pode ser testado com bastante segurança em objetos, tais como uma estrela brilhante ou a Lua. Com meios bastante simples, o espetro flash da cromosfera pode ser produzido, a fim de criar um belo complemento às “imagens bonitas”. Ao mesmo tempo, é possível reconstituir o método da descoberta histórica do hélio, há quase 150 anos.

Autor: Mario Weigand / Licença: Oculum-Verlag GmbH