Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Ilmakehän vaikutus havaintoihin. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Transkriptio

1 Ilmakehän vaikutus havaintoihin Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos kevät 2013

2 2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin Ilmakehän transmissio (läpäisevyys) sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituuksilla

3 2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin Sää Ekstinkio Diffuusi valo Seeing Refraktio NOT tammikuussa 2005 (J. Näränen)

4 2.1 Sää Havantoihin vaikuttavat: Pilvet, sumu, kosteus, pöly Sääilmiöt lähinnä troposfäärissä (< 10 km) Täysin selkeitä (fotometrisia) öitä: Suomessa n. 30/vuosi ESO:lla n. 250/vuosi

5 2.1 Sääolosuhteet ESO:lla

6 2.2 Ekstinktio Ilmakehän molekyylit Absorptio Sironta Ekstinktio riippuu allonpituudesta Esim. Rayleigh n sironta: I Ray 1 λ 4

7 2.2 Ekstinktio Mustan kappaleen säteily Auringon säteily ilmakehän yläpuolella Auringon säteily merenpinnalla Ero punaisen ja sinisen välillä on ilmakehän absorptio.

8 2.3 Ilmamassa Ilmakehän ekstinktio riippuu kohteen ja havaitsijan välisestä ilmamassasta X: z 60 X 1/cosz = secz 60 < z < 85 X secz (secz 1) (secz 1) (secz 1) 3 Vielä tarkempi arvio on X Huom. z on todellinen z cos 2 z cosz cos 3 z cos 2 z cosz Havaittu magnitudi on m = m 0 +kx

9 2.3 Ilmamassa X z

10 2.4 Diffuusi valo Ilmakehästä sironnut valo Ilmahehku Revontulet (lähellä magneettisia napoja) Eläinratavalo (ei johdu ilmakehästä vaan planeettojen välisestä pölystä aurinkokunnan tasossa) Valosaaste

11 2.4 Diffuusi valo Taustataivas Lickin ja Keckin observatorioissa (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial)

12 2.5 Seeing Ilman turbulenssi skintillaatio Tähden kuva: piste seeingkiekko Muutokset Hz Merenpinnalla seeing n. 2 4 NOT:lla (La Palma) seeing n Seeingin kannalta kriittistä Lämpötilaerot Ilmavirtaukset

13 2.5 Seeing Kaksi tähteä kuvattu lyhyillä (ylemmät kuvat) ja pitkillä valotuksilla (alemmat kuvat) (R.N. Tubbs, 2003n PhD dissertation, Cambridge)

14 2.5 Seeing ESO:lla

15 2.5 Seeingin optimointi Havaintopaikan valinta Lähiympäristön ilmavirtaukset Lämpötilaerot Tornin suunnittelu Tornin ja kuvun muoto Kuvun ulkopinta Sisätilojen ilmastointi Ei turhia lämmönlähteitä Havaintotekniikka, esim. Aktiivinen ja adaptiivinen optiikka Lucky imaging TNG, La Palma (J. Lehtinen)

16 2.6 Refraktio Valonsäde taipuu ilmakehässä Snellin laki: n 1 sinθ 1 = n 2 sinθ 2 Taitekerroin riippuu: Tiheydestä Aallonpituudesta Differentiaalirefraktio, matalalla näkyvän kohteen kuva muuttuu spektriksi Venus (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial)

17 2.6 Refraktio Kuu nähtynä avaruudesta Maan ilmakehän läpi D.L. Burke, 2006, LSST tutorial

18 2.6 Refraktio Refraktiokulma, kuinka paljon todellista suuntaa korkeammalla kohde näkyy korkeus > 15 : R P T tan(90 a) korkeus < 15 : R P T a a a a+1 a on korkeus (asteina), T lämpötila (K) ja P ilmanpaine (millibaareina)

19 2.6 Refraktio Differentiaalirefraktio: R(λ) pt 0 p 0 T (n st(λ) n st (λ 0 )tan(z)) Differentiaalirefraktio Keckin teleskoopeilla: H.G. Roe, 2002, Effect of Differential Refraction on Observing with Adaptive Optics at Keck

20 2.6 Refraktion vaikutuksen vähentäminen Teleskoopin ohjaustietokone korjaa suuntausvirheen Kapea aallonpituussuodatus tuottaa terävämmän kuvan Vältetään havaitsemasta matalalla olevia kohteita Spektroskopiassa huomioidaan parallaktinen kulma (asetetaan spektroskoopin rako kohtisuoraan horisontin suhteen) ADC (Atmospheric Dispersion Corrector), ilmakehän dispersion korjaaja

21 2.7 Tehtävä Mitkä ilmakehän häiriöt vaikuttavat eniten kohteen kirkkauteen? spektriin? polarisaatioon? paikkaan? kuvaamiseen?