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

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. 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)

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

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

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

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

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

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

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

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

7.4 Fotometria CCD kameralla

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

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

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

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

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

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

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

8. Fotometria (jatkuu)

Pro-gradu tutkielma. Ympyräpolarisoidun synkrotronisäteilyn tuotto. Aleksi Änäkkälä Oulun yliopisto Fysiikan laitos 2012

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

11. Astrometria, ultravioletti, lähiinfrapuna

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

jonka peruslait tiivistyvät neljään ns. Maxwellin yhtälöön.

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

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

e =tyhjiön permittiivisyys

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

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

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Optiikkaa. () 10. syyskuuta / 66

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka kevät 2017

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Stanislav Rusak CASIMIRIN ILMIÖ

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

Planck satelliitti. Mika Juvela, Helsingin yliopiston Observatorio

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

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

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

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

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Refraktorit Ensimmäisenä käytetty teleskooppi-tyyppi

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

Projektisuunnitelma ja johdanto AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Paula Sirén

Havaitsevan tähtitieteen pk1 luento 12, Astrometria. Kalvot: Jyri Näränen, Mikael Granvik & Veli-Matti Pelkonen

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Logiikan rakenteen lisäksi kaikilla ohjelmoitavilla logiikoilla on myös muita yhteisiä piirteitä.

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2008

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

LEGO EV3 Datalogging mittauksia

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I Johdanto

Sosiaalisten verkostojen data

Mikroskooppisten kohteiden

MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta

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

Fysiikka 8. Aine ja säteily

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

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

BIOSÄHKÖISET MITTAUKSET

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2007

Antennin impedanssi. Z A = R A + jx A, (7 2 ) jossa R A on sy öttöresistanssi ja X A sy öttöreak tanssi. 6. maaliskuuta 2008

Muita tyyppejä. Bender Rengas Fokusoitu Pino (Stack) Mittaustekniikka

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 4

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

15. Sulan metallin lämpötilan mittaus

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2012

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

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

Eksimeerin muodostuminen

5.3 FERMAT'N PERIAATE

Työn tavoitteita. 1 Johdanto

KVANTTITELEPORTAATIO. Janne Tapiovaara. Rauman Lyseon lukio

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Havaintoaikahakemuksen valmistelu. Luento , V-M Pelkonen

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

Limsan sokeripitoisuus

Transkriptio:

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

9.1 Polarisaatio tähtitieteessä! Polarisaatiota mittaamalla päästään käsiksi moniin fysikaalisiin ominaisuuksiin, joihin spektreillä ja/tai fotometrialla ei päästä! Polarimetriset ilmiöt ovat usein paljon vaikeampia havaita kuin muilla menetelmillä havaittavat! Periaatteessa aina, kun valo kohtaa jotenkin orientoitunutta ainetta, se polarisoituu (esim. pöly magneettikentässä)

9.1 Polarisaatio tähtitieteessä! Negatiivista lineaaripolarisaatiota havaitaan mm. Aurinkokuntien ilmakehättömien kappaleiden pinnalla

9.1 Polarisaatio tähtitieteessä! Komeetta Hale-Bopp normaalissa valossa ja polarisaatiomittaus! Nuorta tähteä kiertävä pölykiekko

9.1 Polarisaatio tähtitieteessä! Valon polarisaatio Linnunradassa

9.1 Polarisaatio tähtitieteessä! Zeemanin ilmiö perustuu atomin magneettimomentin vuorovaikutuksesta ympäröivän magneettikentän kanssa! Tuloksena on emissioviivan hajoaminen useampaan osaan! Se, kuinka monta viivaa on näkyvissä, riippuu tarkastelusuunnasta! Viivat ovat polarisoituneita

9.2 Stokesin parametrit (kertausta)! Lineaaripolarisaatio! Ympyräpolarisaatio (yleisemmin elliptinen polarisaatio)

9.2 Stokesin parametrit (kertausta)! Polarisoituneen valon sähkövektori piirtää taivaalla ellipsiä, jonka positiokulma määritellään ellipsin isoakselin ja pohjoisen väliseksi kulmaksi. Polarisoitunut valo voidaan kuvata Stokesin parametrien avulla.! I on kokonaisintensiteetti, Q ja U liittyvät lineaaripolarisaation kontribuutioon ja V määrittää ympyräpolarisaation kontribuution

9.2 Stokesin parametrit (kertausta)! Missä (a ja b ovat ellipsin akselit)!! Jos eli niin säteilyn sanotaan olevan polarisoitumatonta! Polarisaatioaste P saadaan mm. kaavasta

9.2 Stokesin parametrit (kertausta)! Polarisaatiokulma on:! Usein käytetään ns. normeerattuja Stokesin parametreja Q/I=P Q ja U/I=P U joista saadaan polarisaatioaste

9.2 Stokesin parametrit (kertausta)! Stokesin parametrit kuvaavat muuten täydellisesti sähkömagneettista säteilyä, mutta ei ota huomioon vaihetta! Formalismi sopii vain tilanteisiin, joissa säteily ei ole koherenttia.! Säteen kohdatessa optisen elementin muuttuu Stokesin vektori. Muutosta voidaan kuvata Müllerin matriisilla.

9.3 Polarisaattorit! Polarisaattorilla tarkoitetaan optista komponenttia tai komponentteja, joilla saapuva valo muutetaan polarisoiduksi valoksi, jonka voimakkuus voidaan mitata.! Suurin osa näistä perustuu ns. kaksinaistaittaviin (birefringent) materiaaleihin (esim. kalsiitti)! Tällaisillä materiaaleilla on eri kaksi eri taitekerrointa! Kaksinaistaittavista materiaaleista voidaan rakentaa optisia komponentteja, jotka jakavat saapuvan valon kahdeksi säteeksi, joiden polarisaatio on toistensa suhteen 90 kääntynyt. Näitä säteitä kutsutaan o- (ordinary) ja e- (extraordinary) säteiksi

9.3 Polarisaattorit

9.3 Polarisaattorit

9.3 Aaltolevyt! ns. aaltolevyillä voidaan mm. kääntää lineaaripolarisaation tasoa tai muuttaa ympyräpolarisaatiota lineaariseksi! Ne on tehty kaksoistaittavasta (birefringent) materiaalista, usein kvartsista mutta myös jotkut polymeerit käyvät!!/2 ja!/4 aaltolevyt ovat yleisimmin käytetyt

9.3!/2 aaltolevy! Puoliaaltolevyllä saadaan käännettyä lineaarisen polarisaation suuntaa! Siinä vaiheviive o- ja e- säteiden välillä on 180! Näin jos mittausten välillä käännetään puoliaaltolevyä 0, 22.5, 45 ja 62.5 saadaan o- ja e-säteiden intensiteetti mitattua kulmilla 0, 45, 90 ja 135

9.3!/4 aaltolevy! Neljäsosa-aaltolevyllä voidaan muuttaa elliptisesti- tai ympyräpolarisoitunut säteily lineaarisesti polarisoituneeksi! Siinä vaiheviive on 90

9.4 CCD polarimetria! CCD polarimetriassa saadaan yleensä mitattua samanaikaisesti sekä o- että e-säde käyttämällä puoliaaltolevyn ja kalsiittilevyn yhdistelmää (myös polaroideja käytetään)! Tällöin ilmakehän polarisaatio (ja suurin osa muistakin systemaattisista häiriöistä) voidaan jättää huomiotta! Ongelmana on usein melko pieni kuvakenttä ja säteiden kulmaerotus

9.4 CCD polarimetria! Mittauksissa hyvä pitää mielessä intensiteetin vaihtelu mittauksen eri vaiheissa (esim. puoliaaltolevyn eri kulmilla). Varsinkin korkeasti polarisoituneilla kohteilla! Polarisaatiomittauksen redusointi tapahtuu pitkälti samaan tyyliin kuin fotometriassakin! Datapisteiden mittaus kuvasta on yleensä suhteellista fotometriaa

9.4 CCD polarimetria

9.4 Polarisaatiostandardit! Jotta polarisaatiomittaukset saadaan muunnettua vertailukelpoisiksi, on mitattava standardeja! Hyviä standardeja on melko vähän ja ne voivat olla hankalia havaita

9.4 Nollapolarisaation standardit! Mittalaitteessa on usein jonkin verran polaroivia komponentteja, joiden vaikutus tulee poistaa! Tätä varten täytyy havaita kohteita, joiden polarisaatio on mahdollisimman sattumanvaraista! Standardi kannattaa havaita samassa kohtaa kuin itse kohdekin

9.4 Nollapolarisaation standardit

9.4 Korkean polarisaation standardit! Tarvitaan instrumenttipolarisaatiokulman muuttamiseksi johonkin haluttuun koordinaattijärjestelmään! Täytyy aina havaita vähintää kahta, joiden polarisaatiokulmat eroavat riittästi toisistaan

9.4 Korkean polarisaation standardit

9.4 Lineaaripolarimetria! Käytetään puoliaaltolevyä! Yleisin polarisaatiomittaus! Suurin osa polarisaation avulla tutkittavasta fysiikasta tuottaa lineaaripolarisaatiota

9.4 Lineaaripolarimetria! Polarisaatioasteen ja -kulman määritys (esim.):

9.4 Ympyräpolarimetria! Käytetään puoliaaltolevyn sijasta neljäsosaaaltolevyä! Mitataan aaltolevyn kulmilla 0, 90, 45 ja 135! Mahdollisesta kohteesta tulevasta lineaaripolarisaatiosta voi päästä eroon pyörittämällä mittauksen aikana neljäsosaaaltolevyn eteen sijoitettua puoliaaltolevyä! Ympyräpolarisaation mittauksiin ei ole saatavilla hyviä standardeja

9.4 Ympyräpolarimetria! Ympyräpolarisaatioaste voidaan laskea havainnoista:

9.4 Spektropolarimetria! Kuin muukin CCD polarimetria, mutta mukaan otetaan vielä rako ja grismi! Vaatii siis todella paljon fotoneita! Päästään käsiksi aallonpituudesta riippuviin polarisaatioefekteihin! Täytyy ottaa aina kaksi kuvaa, joista toisessa säteet ovat vaihtaneet paikkaa, jotta päästään eroon luvun aikana tapahtuvista epälineaarisuuksista

Seuraavalla luennolla! Luento Tähtitieteen Laitoksen luentosalissa! Aiheena astrometria sekä UV- ja lähiinfrapunahavainnot! Lisäksi datan redusoinnista demo! Laskuharjoitustunti ja hands-on datan redusointi harjoitus luennon jälkeen samassa paikassa