Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Transkriptio

1 Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät Ongelma: Tähdet ovat kaukana... Objektiivi Esine Objektiivi muodostaa pienennetyn ja ylösalaisen kuvan Tarvitaan useita linssejä tai peilejä! syys 23 11:04 Galilein kaukoputki Valekuva Objektiivi Okulaari Objektiivi muodostaa pienennetyn ja ylösalaisen kuvan Esine Kuva käännetään ja suurennetaan koveralla okulaarilla syys 23 11:04 1

2 Esine Objektiivi Tähtikaukoputki Okulaari Valekuva Objektiivi muodostaa pienennetyn ja ylösalaisen kuvan Kuva suurennetaan kuperalla okulaarilla. Lopullinen kuva on ylösalaisin! syys 23 10:42 Parhaat tähtikaukoputket ovat peilikaukoputkia, koska hyvin suuria ja korkealaatuisia linssejä on vaikea valmistaa. Peilikaukoputkea kutsutaan myös RELEKTORIKSI. Linssikaukoputki on silloin RERAKTORI. valon kerääjänä toimii kovera peili kuva käännetään ja suurennetaan apupeilien ja okulaarin avulla syys 23 11:12 2

3 Avaruuden tutkiminen säteilyn avulla DOPPLERIN ILMIÖ paljastaa, onko kaukainen tähti loittonemassa meistä, onko se paikallaan vai tuleeko se kohti Aaltolähde etenee oikealle Aaltolähde on paikallaan Aaltolähde etenee vasemmalle syys 26 15:27 Jos paikallaan oleva aaltolähde lähettää aaltoliikettä, jonka etenemisnopeus on c o, kyseinen aalto toteuttaa samalla perusyhtälön Etenemisnopeus = Aallonpituus x Taajuus eli c o = λ o f o. syys 26 15:42 3

4 Jos aaltolähde loittonee havaitsijasta nopeudella v, havaittava aallonpituus KASVAA eli v λ = λ o + v. T o = λ o + T o = jaksonaika = 1/f f o o Näkyvän valon tapauksessa aallonpituudet siirtyvät PUNAISEEN väriin päin, jolloin ilmiötä kutsutaan PUNASIIRTYMÄKSI. Tähden tapauksessa se on siis merkki siitä, että tähti etenee havaitsijasta pois päin. syys 26 15:47 Jos taas aaltolähde etenee havaitsijaa kohti, havaittava aallonpituus pienenee eli λ = λ o v. T o = λ o v fo Tällöin valon aallonpituudet siirtyvät SINISEEN väriin päin eli kyseessä on SINISIIRTYMÄ. syys 26 15:55 4

5 Kolme spektriä eli aallonpituusjakaumaa: Lähde: Turun yliopiston avaruusfysiikan laitos Laboratoriossa mitattu spektri Sinisiirtymä Punasiirtymä syys 26 16:21 ESIMERKKI Tähti loittonee maapallosta nopeudella km/s. Kuinka paljon vedyn H α spektiviivan aallonpituus muuttuu? Ratkaisu: λ o = m c o = 3, m/s c Silloin f o = o = 3, m/s 4, /s λ o m = 4, Hz. syys 26 16:28 5

6 Aallonpituuden muutos Δλ = v = m/s m = 22 nm. 4, /s f o Sijoitetaan SI yksiköissä syys 26 16:46 Mitä muuta tähtien valo kertoo? spektriviivoista voidaan päätellä alkuainekoostumus spektriviivojen levenemästä voidaan päätellä että tähti PYÖRII: sini ja punasiirtymät esiintyvät yhtä aikaa EMISSIOSPEKTRI tarkoittaa sitä, että aine lähettää säteilyä ABSORPTIOSPEKTRI tarkoittaa puolestaan sitä, että tietty aine imee eli absorboi säteilystä tiettyjä aallonpituuksia eli niitä, joita se itse emittoi syys 26 16:54 6

7 Vedyn emissiospektri H α vähän elektroneja (vetyatomissa vain yksi), joten mahdollisia energiatilojen muutoksia on myös niukasti syys 26 17:09 Heliumin emissiospektri selvästi enemmän spektriviivoja vetyä ja heliumia on löydetty kaikista tähdistä tämä tieto yhdessä näiden alkuaineiden runsaan esiintymisen kanssa on auttanut hahmottamaan maailmankaikkeuden syntyä syys 26 17:13 7

8 tähdet voidaan jakaa ns. spektriluokkiin, jotka kertovat tähden pintalämpötilasta Lähde: Wikipedia syys 26 16:59 KOSMISEKSI SÄTEILYKSI nimitetään kaukaa avaruudesta peräisin olevaa hiukkassäteilyä, joka on lähinnä protoneja (H + ) tai alfahiukkasia ( 4 He 2+ ). Joukossa voi olla myös elektroneja (e ). Huomattava osa kosmisesta säteilystä on siis varattuja hiukkasia, jotka kulkeutuvat avaruudessa pitkiä matkoja tähtien ja planeettojen magneettikenttien ohjaamina. Maapallon magneettikenttä ohjaa nämä hiukkaset napa alueille, jolloin nähdään REVONTULIA. syys 26 17:28 8

9 Avaruudesta saapuvat varatut hiukkaset joutuvat magneettikentän kenttäviivan vangiksi: syys 27 12:44 Revontulien vihreä väri syntyy, kun avaruudesta tulevat protonit ja elektronit virittävät ilmakehän happiatomeja. Myös punaiset revontulet ovat peräisin happiatomeista. Vrt. hapen spektri: syys 27 11:58 9