1. Polarimetria. voidaan tutkia mm. planeettojen ilmakehien ja tähtien välistä pölyä.

Samankaltaiset tiedostot
10. Polarimetria. 1. Polarisaatio tähtitieteessä. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

9. Polarimetria. 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä. 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria

9. Polarimetria. tähtitieteessä. 1. Polarisaatio. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Kevät 2014 Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

Polarimetria. Teemu Pajunen, Kalle Voutilainen, Lauri Valkonen, Henri Hämäläinen, Joel Kauppo

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

2. MITÄ FOTOMETRIA ON?

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Miika Aherto Niko Nurhonen Wilma Orava Marko Tikkanen Anni Valtonen Mikkelin lukio. NGC246 kauniskuva / psnj044 spektri

7.4 Fotometria CCD kameralla

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

8. Fotometria (jatkuu)

c λ n m hf n m E m = h = E n 1. Teoria 1.1. Atomin energiatilat ja säteily

Refraktorit Ensimmäisenä käytetty teleskooppi-tyyppi

POLARIMETRIA. NOT-tiedekoulun 2011 tutkielma. Tekijät: Aherto, Joona Kivijärvi, Juuso Koivunen, Miika Korhonen, Vili Väkevä, Sakari

Fotometria Eskelinen Atte. Korpiluoma Outi. Liukkonen Jussi. Pöyry Rami

7. Kuvankäsittely. 1. CCD havainnot. 2. CCD kuvien jälkikäsittely 3. FITS. 4. Kuvankatseluohjelmistoja. 5. Kuvankäsittelyohjelmistoja. 6.

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2012

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2007

Havaitsevan tähtitieteen pk 1 luento 7, Kuvankäsittely. Jyri Näränen

12. Kuvankäsittely. 1. CCD havainnot. 2. CCD kuvien jälkikäsittely 3. FITS. 4. Kuvankatseluohjelmistoja. 5. Kuvankäsittelyohjelmistoja. 6.

Havaitsevan tähtitieteen pk 1 luento 12, Kalvot: Jyri Näränen & Mikael Granvik

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2008

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Datan käsittely. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Fotometria ja avaruuskuvien käsittely

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

11. Astrometria, ultravioletti, lähiinfrapuna

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I Johdanto

Fotometria. Riku Honkanen, Antti Majakivi, Juuso Nissinen, Markus Puikkonen, Roosa Tervonen

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

CCD-kuvaamisesta. Jouni Raunio / TaUrsa

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

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

10. Spektrometria. Havaitsevan tähtitieteen luennot & Thomas Hackman. HTTPK I kevät

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

6. Ilmaisimet ja uudet havaintotekniikat. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman (Kalvot: J.

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

5. Kaukoputket ja observatoriot. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

The acquisition of science competencies using ICT real time experiments COMBLAB. Kasvihuoneongelma. Valon ja aineen vuorovaikutus. Liian tavallinen!

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Fysiikka 8. Aine ja säteily

8. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot ja Thomas Hackman (Kalvot JN & TH) HTTPKI, kevät 2010, luennot 8-9 0

Tähtitieteen Peruskurssi, Salon Kansalaisopisto, syksy 2010: Valo ja muu säteily

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5

Fysiikan kurssit suositellaan suoritettavaksi numerojärjestyksessä. Poikkeuksena kurssit 10-14, joista tarkemmin alla.

Havaitseva tähtitiede 1

KESTOMAGNEETTI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jani Vitikka p87434 Hannu Tiitinen p Dynaaminen kenttäteoria SATE2010

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

Muita tyyppejä. Bender Rengas Fokusoitu Pino (Stack) Mittaustekniikka

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

5. Kaukoputket ja observatoriot

Havaitsevan tähtitieteen pk1 luento 7, Astrometria, ultravioletti ja lähi-infrapuna. Kalvot: Jyri Näränen, Mikael Granvik & Veli-Matti Pelkonen

Havaitsevan tähtitieteen pk 1 Luento 5: Ilmaisimet ja uudet havaintotekniikat. Jyri Näränen

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

Mikroskooppisten kohteiden

Harjoitustehtävien vastaukset

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

Spektrometria. Mikkelin Lukio NOT-projekti La Palma saarella

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

7. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot ja Mikael Granvik (Kalvot JN, TH & MG) HTTPKI, kevät 2011, luennot 7-8

8. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot ja Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, VMP)

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jouko Esko n85748 Juho Jaakkola n Dynaaminen Kenttäteoria GENERAATTORI.

NOT-tutkielma. ~Janakkalan lukio 2013~ Jenita Lahti, Jenna Leppänen, Hilla Mäkinen ja Joni Palin

Gamma- ja röntgenspektrin mittaaminen monikanava-analysaattorilla

2. Pystyasennossa olevaa jousta kuormitettiin erimassaisilla kappaleilla (kuva), jolloin saatiin taulukon mukaiset tulokset.

Transkriptio:

Polarimetria Tekijät: Immonen Antti, Nieminen Anni, Partti Jussi, Pylkkänen Kaisa ja Viljakainen Antton Koulut: Mikkelin Lyseon lukio ja Mikkelin Yhteiskoulun lukio Päiväys: 21.11.2008 Lukion oppiaine: Fysiikka Tieteenala: Avaruus- ja tähtitiede

Sisällysluettelo: 1. Polarimetria...3 2. Mittaaminen...5 2.1. Polarisaatiostandardit...5 3. Polarimetrian käytännönvaiheet...6 3.1. Mittausyö...6 3.2. IRAF-työskentely...6 4. Lähdeluettelo...8

3 1. Polarimetria Polarimetria muodostaa huomattavan osan havaitsevasta tähtitieteestä. Sen avulla päästään käsiksi moniin fysikaalisiin ilmiöihin, joita muilla menetelmillä, kuten fotometrialla tai spektreillä ei voida tutkia. Tähtitieteellisten kohteiden magneettikenttien voimakkuuksien mittaaminen on polarimetrian tärkein osaalue. Lisäksi sen avulla voidaan tutkia mm. planeettojen ilmakehien ja tähtien välistä pölyä. Tarkastellaan valon syntymistä atomitasolla. Atomista vapautuu valoa, kun elektroni purkaa viritystilaansa uloimmalla kuorella, jolloin vapautuu fotoni. Mitä enemmän energiaa elektroni vapauttaa sitä pienempi on aallonpituus. Valon aallonpituus vaikuttaa valon väriin ja energiaan. Muodostunut valo on polarisoimatonta ja värähtelee joka suuntaan. Vasemmanpuoleisessa kuvassa on komeetta Hale-Bopp normaalissa valossa ja oikealla sen polarisaatiomittaus.

4 Polarimetrialla kuvataan tähtiä ja niiden tuottamaa valoa. Näitä voidaan tarkastella avaruus teleskoopeilla. Polarisaatiota voidaan mitata joko polarisaattorilla tai kalsiittikiteellä. Polarisaattori muuttaa siihen saapuvan valon polarisoiduksi valoksi, jonka intensiteettiä voidaan mitata polarisaattorin kulmaa muuttamalla. Samalla periaatteella toimii myös kalsiittikide, sillä erotuksella, että sitä ei voida kääntää vaan valonsäteet käännetään puoliaaltolevyn avulla haluttuun kulmaan. Polarisaatiota mitataan teleskoopeissa olevien CCD- kameroiden avulla. Tähtien valo rekisteröidään CCD- kameran avulla. Jotta tavanomaisista kuvista saadaan mitattua polarisaatiota, tarvitaan teleskooppiin joko polarisaattori tai kalsiittikide ja puoliaaltolevy valon käsittelyyn. Kokonaisuudessaan valo käy läpi viisi vaihetta teleskoopissa. Ensin valo osuu isoon peiliin, siitä heijastuen pienempään peiliin, josta se heijastetaan polarisaattoriin, filtteriin ja lopuksi kameralle. Polarisaattorista pääsee läpi vain tietyn kalsiittikide suuntaista valon aaltoliikettä. Tämä tietyn suuntainen eli polarisoitunut valo käsitellään seuraavaksi tietyn värisellä filtterillä. Jos tähdestä tuleva valo on esimerkiksi violettia valoa, joka sisältää sekä sinistä että punaista valoa, voidaan filtterillä karsia toinen näistä valoista pois, ennen kuin se saapuu kameralle. CCD polarimetriassa voidaan yleensä mitata samanaikaisesti sekä o- (ordinary) että e- (extraordinary) puoliaaltolevy säteitä käyttämällä puoliaaltolevyn ja kalsiittilevyn yhdistelmää. Tällöin ilmakehän polarisaatio (ja suurin osa muistakin systemaattisista häiriöistä) voidaan jättää huomiotta. Menetelmän ongelmana kuitenkin on usein melko pieni kuvakenttä ja säteiden kulmaerotus. Tämä ongelma voidaan kuitenkin välttää, jos käytetään polaroidia tms. polarisaattoria, missä päästetään vain yksi polarisaatiokulma mittalaitteelle. Tällä menetelmällä menetetään kuitenkin yleensä yli 60% fotoneista.

2. Mittaaminen 5 Mittauksissa on hyvä pitää mielessä intensiteetin vaihtelu mittauksen eri vaiheissa, jotta kohde ei saturoidu CCD- kamerassa. Polarisaatiomittausten muokkaus tapahtuu paljolti samaan tyyliin kuin fotometriassakin, mutta ratapisteiden mittaus kuvasta on kuitenkin yleensä suhteellista fotometriaa. 2.1. Polarisaatiostandardit Standardien mittaaminen mahdollistaa polarisaatiomittauksien vertailun. Hyviä standardeja ei kuitenkaan ole paljon ja ne voivat olla hankalia havaita. Mittalaitteissa on usein jonkin verran polaroivia komponentteja, joiden vaikutus pitää poistaa. Tämän takia on havaittava kohteita, joiden polarisaatio on mahdollisimman sattumanvarainen. Standardi kannattaakin havaita samassa kohtaa kuin itse kohde. Mittauksessa käytetään puoliaaltolevyä ja se on yleisin keino polarisaatiomittauksessa, sillä suurin osa polarisaation avulla tutkittavasta fysiikasta tuottaa lineaaripolarisaatiota. Lineaaripolarisaatio. Vaikka suurin osa polarisaatiohavainnoista on lineaarista, joissakin kohteissa (esim. magneettisissa kaksoistähdissä) esiintyy ympyräpolarisaatiota. Se voidaan muuttaa lineaariseksi polarisaatioksi neljäsosa-aaltolevyn avulla. Kun ympyräpolarisaatio on muutettu lineaariseksi polarisaatioksi, sitä voidaan helposti mitata lineaarisen polarisaation mittausmenetelmillä, mikä on huomattavasti yksinkertaisempaa. Ympyräpolarisaatiomittauksiin ei ole myöskään saatavilla hyviä standardeja. Neljäsosaaaltolevy toimii samalla tavalla kuin puoliaaltolevy, mutta nyt toista komponenttia viivästytetään aallonpituuden neljäsosan verran. Spektropolarimetria on yksi polarisaatiomittauksen sovelluksista lineaarisen- ja ympyräpolarisaation ohella. Se eroaa muista siinä, että polarisoiva komponentti sijoitetaan Ympyräpolarisaatio

6 hilan eteen. Näin saadaan polarisaatio koko spektrometrin aallonpituusalueelta. Spektropolarimetriaa käytettäessä on otettava aina kaksi kuvaa, joista toisessa säteet ovat vaihtaneet paikkaa. Näin päästään eroon luvun aikana tapahtuvista epälineaarisuuksista. Ongelmana kuitenkin on, että havainnot vaativat usein suuren kaukoputken ja/tai paljon fotoneita (eli kirkkaan kohteen). Toinen ongelma on havaintojen kalibrointi. Valon polarisaatio linnunradassa 3. Polarimetrian käytännönvaiheet 3.1. Mittausyö Aluksi paikallinen tähtitieteilijä avusti tiedekouluryhmäämme ottamalla Bias- ja Flatkuvat toiminnan nopeuttamiseksi. Seuraavaksi siirryimme ryhmä kerrallaan ottamaan raakakuvia pitkin yötä NOT :n teleskoopilla. Koska eri kohteet eivät olleet näkyvissä koko yötä, eri ryhmät ottivat kuvia useista eri kohteista moniin eri tarkoituksiin. Ohjasimme itse teleskooppia ja vaihdoimme sen kameran asetuksia asiantuntijan avustuksella. Raakakuvat otettuamme ne siirtyivät NOT :n serverille, josta otimme ne jatkokäsittelyä varten. 3.2. IRAF-työskentely Käytimme raakakuvien käsittelyyn ammattitähtitieteilijöiden ohjelmaa IRAFia, joka toimii lukuisilla eri komennoilla Linux-ympäristössä. Käytimme sitä aluksi korjaamaan raakakuvamme Biaskuvilla, jotka korjaavat kamerassa olevaa pienen sähköisen jännitteen aiheuttamaa kohinaa. Seuraavaksi Flat-korjasimme jo osaksi korjaamamme raakakuvat. Flat-kuvat korjaavat kamerassa olleen pienen pölyn ja likaisuuden aiheuttamia valoisuus ja varjostus virheitä. Näin saimme korjattuja tiedekuvia, joita pääsimme varsinaisesti käsittelemään.

7 Varsinaisessa tulosten ottamisessa jouduimme muuttamaan useita eri parametreja saadaksemme tiedekuvista laskettua polarisaatio kohteidemme kirkkauksia IRAF:n avulla. Saatuamme lukuisia eri kirkkausarvoja aloimme laskea niitä erilaisilla kaavoilla varsinaisiksi tuloksiksi. Vertasimme tutkittavan kohteemme polarisaatiota polarisaatiostandarditähtiin ja nollapolarisaatiokohteisiin. Näin saimme selville tutkittavan kohteemme polarisaatioasteen. voimakkuuden ja kulman. Polarisaatio 250000 Intensiteetti (Flux) 200000 150000 100000 50000 0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 Kulma (Aste) Sarja1 Kohteen 3c66a polarisaationasteeksi saimme 17,5 % virheet huomioon ottaen ja polarisaatiokulmaksi 136 astetta.

8 4. Lähdeluettelo Heikki Oja, Polaris Koulun Tähtitieto, Ursa, Vammalan kirjapaino Oy, Vammala 2004 Kari Nilsson, Leo Takalo ja Jukka Piironen, Havaitseva tähtitiede, Ursa, Gummerus kirjapaino Oy, Saarijärvi 2004 www.astro.helsinki.fi/opetus/kurssit/havaitseva/httpkl_9_polarimetria.pdf