Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012 Kuva: J.Näränen 2004 Luento 2, 26.1.2012: Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Thomas Hackman HTTPK I, kevät 2012, luento2 1
2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin Optinen ikkuna Radioikkuna Ilmakehän transmissio (läpäisevyys) eri sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla HTTPK I, kevät 2012, luento2 2
2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin (jatk.) Sää Ekstinktio Diffuusi valo Seeing Refraktio NOT tammikuussa 2005 (J.Näränen) HTTPK I, kevät 2012, luento2 3
2.1 Sää Havaintoihin vaikuttaa: Pilvet, sumu, kosteus Sääilmiöt lähinnä troposfäärissä (< 10 km) Täysin selkeitä (fotometrisiä) öitä: Suomessa ~ 30/vuosi ESO:ssa n. 250/vuosi HTTPK I, kevät 2012, luento2 4
2.1 Sääolosuhteet ESO:ssa http://www.eso.org/gen-fac/pubs/astclim/paranal/clouds/statcloud.gif HTTPK I, kevät 2012, luento2 5
2.2 Ekstinktio Ilmakehän molekyylit: Absorptio Sironta Ekstinktio riippuu aallonpituudesta: Esim. Rayleigh sironta: p R ( ), jossa p on havaintopaikan ilmanpaine, 2 ( 0 1) p0 p 0 on ilmanpaine merenpinnan tasolla, λon aallonpituus μm : ssä ja ilmakehän taitekerroin. μ 0 on HTTPK I, kevät 2012, luento2 6
2.2 Ekstinktio (jatk.) Mustan kappaleen säteily Auringon säteily ilmakehän ulkopuolella Auringon säteily merenpinnalla Eli ero punaisen ja sinisen välillä = ilmakehän absorptio HTTPK I, kevät 2012, luento2 7
2.3 Ilmamassa Ekstinktio riippuu kohteen ja havaitsijan välisestä ilmamassasta X: z 60 X o 60 o z sec z X 85 1/ cosz 0.0018167(secz 0.002857 (secz 1) Havaittu magnitudi on o m m 0 sec z 2 1) 0.0008083(secz 2 1.002432 cos z 0.148386 cos z 0.0096467 Vielä tarkempi : X, 3 2 cos z 0.149864 cos z 0.0102963 cos z 0.000303978 kx 1 z 1) 3 z " todellinen " z 1/ cosz HTTPK I, kevät 2012, luento2 8
2.4 Diffuusi valo Ilmakehästä sironnut valo Ilmahehku Revontulet (lähellä magneettisia napoja) Eläinratavalo (ei johdu ilmakehästä vaan aurinkokunnan pölyhiukkasista) Valosaaste HTTPK I, kevät 2012, luento2 9
2.4 Diffuusi valo (jatk.) Taustataivas Lickin ja Keckin observatorioissa (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial) HTTPK I, kevät 2012, luento2 10
2.5 Seeing Ilman turbulenssi skintillaatio Tähden kuva: piste seeing-kiekko Muutokset 1-500 Hz Merenpinnalla seeing ~ 2-4 NOT:lla (La Palma) seeing ~ 0.5-1 Seeingin kannalta kriittistä: Lämpötilaerot Ilmanvirtaukset HTTPK I, kevät 2012, luento2 11
2.5 Seeing (jatk.) 1 seeingillä (ylempi kuva) ja 2 seeingillä otetuttuja lyhyitä 10 ms valotuksia tähdistä (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial) HUOM! Animaatio ei toimi PDF:ssä HTTPK I, kevät 2012, luento2 12
2.5 Seeing (jatk.) Kaksi tähteä kuvattu hyvin lyhyillä valotuksilla (ylemmät kuvat) ja pitkällä valotusajalla (alemmat kuvat). R.N. Tubbs, 2003, PhD dissertation, Cambridge HTTPK I, kevät 2012, luento2 13
2.5 Seeing ESO:ssa http://www.eso.org/gen-fac/pubs/astclim/paranal/seeing/singstory.html HTTPK I, kevät 2012, luento2 14
2.5. Seeingin optimointi Havaintopaikan valinta Lähiympäristön ilmanvirtaukset Lämpötilaerot Tarvittaessa muutetaan olosuhteita Tornin suunnittelu Tornin ja kuvun muoto Kuvun ulkopinta Sisätilojen ilmastointi Ei turhia lämmönlähteitä Havaintotekniikka, esim. Aktiivinen ja adaptiivinen optiikka Lucky imaging TNG, La Palma (G. Tessicini) HTTPK I, kevät 2012, luento2 15
2.6 Refraktio Valonsäde taipuu ilmakehässä Snellin laki: Taitekerroin riippuu: Tiheydestä Aallonpituudesta n sin n 1 2 Differentiaalirefraktio matalan kohteen kuva hajoaa spektriksi sin Venus (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial) HTTPK I, kevät 2012, luento2 16
2.6 Refraktio (jatk.) Esim.: Kuu nähtynä avaruusasemalta maan ilmakehän läpi: D.L. Burke, 2006, LSST tutorial HTTPK I, kevät 2012, luento2 17
2.6 Refraktio (jatk.) Refraktiokulma: Miten paljon todellista korkeammalla kohde näkyy korkeus > 15 o : P o o R 0.00452 tan(90 a), T korkeus < 15 o : R P T 2 0.00002 a 0.0196 a 2 0.0854 a 0.505 a 0.1594 1, jossa a on korkeus (asteina), T lämpötila (K) ja P ilmanpaine (millibaareina) HTTPK I, kevät 2012, luento2 18
2.6 Refraktio (jatk.) Differentiaalirefraktio: R pt0 ( nst ( nst ( ) tan z) p T ( 0 0 Differentiaalirefraktio Keckin teleskoopeilla: H.G. Roe, 2002, Effect of Differential Refraction on Observing with Adaptive Optics at Keck HTTPK I, kevät 2012, luento2 19
2.6 Refraktion vaikutusten vähentäminen Teleskoopin suuntausohjelma korjaa suuntausvirheen Aallonpituussuotimella tarkempi kuva Vältetään havaitsemista matalilla korkeuksilla Spektrometriassa huomioidaan parallaktinen kulma (=0 => kohtisuorassa horisontin suhteen) ADC (atmospheric dispersion corrector) ilmekehän dispersion korjaaja HTTPK I, kevät 2012, luento2 20
2.7 Tehtävä Mitkä ilmakehän häiriöt vaikuttavat eniten kohteen kirkkauteen? spektriin? polarisaatioon? paikkaan? kuvaamiseen? HTTPK I, kevät 2012, luento2 21