Tähtitieteen Peruskurssi, Salon Kansalaisopisto, syksy 2010: HAVAINTOLAITTEET FT Seppo Katajainen, Turun Yliopisto, Finnish Center for Astronomy with ESO (FINCA) Havaintolaitteet Havaintolaitteet sähkömagneettisen informaation havaitsemiseen perustuvat niiden kykyyn kerätä sähkömagneettista informaatiota. Ihmissilmä ei pysty tallettamaan saapuvaa fotonivirtaa, vaan se hukkaa vanhentunutta informaatiota, kamera (filmi, piilastu jne.) kerää talteen tietyllä tehokkuudella fotonivirtaa, ts. Pidempi valotus -> enemmän fotoneja -> parempi signaali Tähtitieteen Peruskurssi, syksy 2010 1
Havaintolaitteet Perusperiaate havaintolaitteen valonkeräyskyvyssä: MITÄ SUUREMPI, SITÄ PAREMPI (eli koolla on väliä ) Jos esim. Toisen kaukoputken peilin halkaisija on KAKS KERTAA suurempi kuin toisen, on sen pinta-ala NEJÄ KERTAA SUUREMPI, eli jos pieneen kaukoputkeen tulee kameraan himmeästä tähdestä 100 fotonia per sekunti, tulee em. suuremmassa putkessa olevaan kameraan samasta tähdestä 400 fotonia per sekunti, eli magnitudeissa ero on n. 1.5 magnitudia. VLT (8.2 m) ja Tuorla 1.0 m ero peilin pinta-alassa on n. jo 67 kertainen.. HAVAINTOLAITTEET Ensimmäinen kaukoputki: Galileo Galilei -Galilei ei keksinyt kaukoputkea, mutta kehitti sitä merkittävästi. -Galileo oli ensimmäinen, joka käytti sitä tähtitaivaan havaitsemiseen -Hollantilaisten esimerkkien mukaan Galileo rakensi kaukoputken, jonka suurennos oli kolminkertainen (myöh. jopa pääsi 32-kertaiseen suurennos). -25. elokuuta 1609 Galileo esitteli ensimmäistä kaukoputkeaan venetsialaisiile 7. Tammikuuta 1610 Galileo löysi putkellaan Jupiterin kolme suurinta kuuta!!!! 2
HAVAINTOLAITTEET Galileon originaali kaukoputki, museossa Firenzessä HAVAINTOLAITTEET Kaukoputkien kehitys oi aluksi hidasta. Merkittävä keksintö alkuaikoina oli Newtonin peiliteleskooppi: 1668 ja parannettu versio 1671 Peiliteleskooppi mahdollisti suurempien (=tehokkaampien) kaukoputkien rakentamisen, koska suuri peili on helpompi tehdä kuin iso linssi. Kuva seuraavalla sivulla: kopio Newtonin alkuperäisestä peiliteleskoopista. 3
HAVAINTOLAITTEET Havaintolaitteet Linssiputki jäi häviölle peiliteleskoopeille. Jo 1800-luvulla rakennettiin silloisiin oloihin suuria peilikaukoputkia, mmm. Rossen Jaarlin 1.5 m monsteri. Tultaessa 1900-luvulle, oli suurin linssikaukoputki Yerkesin Obs. 1 m linssi, kun taas saman aikaan oli olemassa jo 1.5-1. 8 m peilitelesk. Ja mm. Mt Wilsonin 2.5 m peilitelesk. Valmistui 1917 (ns. Hooker teleskooppi). Valokuvaamistekniikan käyttönoton myötä näillä päästiin jo syvään galaksiavaruuteen. 1920-luvulla Mt. Wilsonilla työskennellyt Edwin Hubble ymmärsi havainnoistaan että Andromeda on toinen galaksi, n. 2000 000 valovuoden päässä meistä!!!!! Maailmankaikkeuden ekstragalaktiset mittasuhteet alkoivat vasta tuolloin paljastua ihmiskunnalle!!! Tähtitieteen Peruskurssi, syksy 2010 4
Lordi Rossen monsteri 1.8 m peiliputki Mt. Wilsonin 60 tuuman putki 5
Mt. Wilsonin 100 tuuman (2.5 m) putki, 1917 Edwin Hubble ja Mt Wilsonin Schmidt-telesk. 6
Yerkesin Obs. Suuri linssiputki 1.0 m halk. Mt. Wilsonin 5 m Hale-telesk. peili 7
Mt. Wilsonin 5 m Hale-telesk. Teleskooppityypit Linssi (ylinnä), Newtonin peilitelesk, ja katadioptrinen (mm. Cassegrain jne.) alinna 8
Linssiputki: Newtonin tyypin peiliteleskooppi 9
Katadioptrinen, Cassegrain, Ritchey Chrétien SCHMIDT TELESKOOPPI (LAAJAKULMA) Vasemmalla puhdas Schmidt, oikealla Schmidt-Cassegrain 10
ESO VLT (Kuyen, Cerro Paranal, Chile), 8.2 m Nordic Optical Telescope, 2.5 m La Palma 11
CCD KAMERA SYRJÄYTTI FILMIN 1980-luvulla alkoi filmin ja lasilevyjen käyttö detektorina vähentyä, ja 1990-luvulla CCD-kamera syrjäytti kokonaan em. tekniikat. CCD-kamera on n. 100-200 kertaa herkempi valolle kuin paraskaan filmi Sähköinen kuvankäsittely: kuva on kaksiulotteinen matriisi (X ja Y suunnissa), eli numeroita!!! Numeroille voi tehdä mitä tahansa matemaattisia operaatioita HARRASTAJAN PERUC-CCD SBIG ST-2000 12
AMMATTILAISEN JÄREÄ LEKA ESO:n VISTA laajakulma mosaiikki: 32 CCD:n, 256 Megapix kamera RADIOTELESKOOPIT Radioastronomia sai alkunsa 1930-luvun kokeiluista (Greber et al.) Nopeasti siitä tuli erittäin merkittävä tähtitieteen ala Suuria antenneja alettiin rakentaa jo 1950-luvulla (mm. Jordell Bank, Parkes jne.) Radioantennit saattoivat olla paljon optisia kaukoputkia suurempia koska radioalueella, säteilyn aallonpituus on huomattavasti pidempi kuin näkyvän valon, ja siksi vaatimukset peilin pinnan muodon tarkkuudelle eivät ole samaa tasoa. Suurimmat yksittäiset liikuteltavat radioteleskoopit ovat kooltaan 100 m halk.. Arecibon paikallaan pysyvä antenni maljamaisessa laaksossa on n. 300 m. Radioteleskoopit voidaan kytkeä yhteen toisiinsa ns. interferometrian avulla, ja näin saadaan erinomainen kulmaerotuskyky. Esim. VLA, ALMA, VLBI 13
PARKESIN RADIOTELESK. AUSTRALIA ESO ALMA ( 5 km kork. Atacamassa Chilessä) 14
ALMA (ESO) ARECIBON RADIOTELESKOOPPI 15
SATELLIITIT Satelliittien avulla saadaan informaatiota jota ei muuten voitaisi tutkia lainkaan, ilmakehän asettamien rajoitusten vuoksi. Ultraviolettialueesta alkaen kaikki lyhytaaltoisen säteilyn kartoitus on tehtävä avaruudesta käsin. Röntgensatelliitteja on ollut 1970-luvulta lähtien (UHURU, EXOSAT) Lähivuosien menestyksekkäitä röntgensatelliitteja ovat olleet mm. eurooppalainen ROSAT, amerikkalainen Chandra. Myös optisella alueella saavutetaan aivan eriluokan erotuskyky ilmakehän ulkopuolella kuin mitä maanpäällä, esimerkkin Hubble avaruusteleskooppi. ROSAT RÖNTGENSATELLIITTI 16
CHANDRA RÖNTGENSATELLIITTI Röntgenkohde:neutronitähti ja seuralaistähti 17
Mittaustuloksia neutronitähdestä 18