Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

Samankaltaiset tiedostot
Tähtitieteen pikakurssi

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

Harjoitukset (20h): Laskuharjoitukset: 6x2h = 12h Muut harjoitukset (ryhmätyöskentely): 8h Luentomateriaali ja demot:

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

YHDEN RAON DIFFRAKTIO. Laskuharjoitustehtävä harjoituksessa 11.

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

5. Kaukoputket ja observatoriot

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

Yleistä kurssiasiaa. myös ensi tiistaina vaikka silloin ei ole luentoa. (opiskelijanumerolla identifioituna) ! Ekskursio 11.4.

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

Refraktorit Ensimmäisenä käytetty teleskooppi-tyyppi

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

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

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

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

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Tähtitieteen perusteet: Johdatusta optiseen havaitsevaan tähtitieteeseen. FT Thomas Hackman FINCA & HY:n fysiikan laitos

3 Havaintolaitteet. 3.1 Ilmakehän vaikutus havaintoihin

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Kaukoputket ja observatoriot

6. Kaukoputket ja observatoriot

8. Fotometria (jatkuu)

4 Fotometriset käsitteet ja magnitudit

7.4 Fotometria CCD kameralla

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

FYSA2031/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

11. Astrometria, ultravioletti, lähiinfrapuna

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Tähtitieteen Peruskurssi, Salon Kansalaisopisto, syksy 2010: HAVAINTOLAITTEET

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

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

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

Spektrometria. Mikkelin Lukio NOT-projekti La Palma saarella

1 Perussuureiden kertausta ja esimerkkejä

Infrapunaspektroskopia

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

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

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

SPEKTROGRAFIT. Mitataan valon aallonpituusjakauma

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

Teleskoopit ja observatoriot

Fotometria ja avaruuskuvien käsittely

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2007

HILA JA PRISMA. 1. Työn tavoitteet. 2. Työn teoriaa

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

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

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

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

zeniitti horisontti S O

2. MITÄ FOTOMETRIA ON?

Havaitsevan tähtitieteen pk 1 Luento 11: (kalvot: Jyri Näränen ja Mikael Granvik)

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V

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

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Mustan kappaleen säteily

MAA (4 OP) JOHDANTO VALOKUVAUKSEEN,FOTOGRAM- METRIAAN JA KAUKOKARTOITUKSEEN Kevät 2006

4. Kaukoputket, observatoriot ja ilmaisimet

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2012

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Fysiikka 8. Aine ja säteily

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

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Albedot ja magnitudit

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2008

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I Johdanto

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

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

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

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

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

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

Tähtitieteessä SI-yksiköissä ilmaistut luvut ovat usein hyvin isoja ja epähavainnollisia. Esimerkiksi

24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

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

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

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

Optiikkaa. () 10. syyskuuta / 66

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

7.-8. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot 1.3. ja Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Harjoitustehtävien vastaukset

2.11 Tähtiluettelot/tähtikartat

Tähtitieteelliset havainnot -sähkömagneettisen säteilyn vastaanottoa ja analysointia. Fotonin energia (E=hc/λ) vaikuttaa detektiotapaan

Diffraktio. Luku 36. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

Asiaa käsitteleviä artikkeleita on koottu kansioon, jonka saa lainaan oppilaslaboratorion kopista. s ja kontaktipotentiaalierosta K.

Kuva 1. Fotodiodi (vasemmalla) ja tässä työssä käytetty mittauskytkentä (oikealla).

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

10. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Kevät 2013 Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Transkriptio:

Astrofysiikkaa

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit Sähkömagneettista säteilyä kuvataan joko aallonpituuden l tai taajuuden f avulla, tai vaihtoehtoisesti fotonin energian E avulla. Näiden välinen riippuvuus on f=c/l =E/h, missä c on valon nopeus (tyhjiössä c=299 792 458 m/s) ja h on Planckin vakio (6,626x10-34 J. s). Eli fotonille E=hc/l tai E=hf Sähkömagneettinen säteily ei tarvitse väliainetta edetäkseen Tähtitiede 1

Transmissio ja absorptio Ilmakehä estää suurinta osaa sähkömagneettisen säteilyn spektristä pääsemästä maanpinnalle. Tärkeimmät havaintoikkunat maanpinnalla ovat radioalueella ja kapeammassa optisessa ikkunassa. Tähtitiede 1

Skintillaatio ja seeing Ilmakehä ei ole homogeeninen, vaan siinä on pieniskaalaista turbulenssia (isoplanaattinen alue n. 10 cm), joka aiheuttaa hyvin nopeita muutoksia ilman taitekertoimessa havaitsijan silmän ja kohteen välisessä näkösäteessä. Tästä aiheutuu mm. tähtien tuikkiminen. Skintillaatio on voimakkainta horisontin lähellä ja esim. Sirius on usein melko lähellä horisonttia ja siten tuikkii voimakkaasti kauniissa väreissä. Ilmakehän vaikutuksesta ja paikallisista vaihteluista (maasto+kaukoputki) johtuen tähden valo leviää havaittaessa pyöreäksi läiskäksi Seeingin mitta on tähden puoliarvoleveys Merenpinnalla tyypillisesti 2-5 ja parhaissa paikoissa n. 0.3 Seeingistä johtuen maan pinnalta ei saavuteta teoreettista erotuskykyä optisilla kaukoputkilla (tästä myöhemmin lisää) Tähtitiede 1

Hyvä seeing Huono seeing, sama tähti leviää laajalle alueelle

Kaukoputken päätehtävät ja kuvien perusominaisuudet Tähtitieteellisissä havainnoissa kaukoputkella on kolme päätehtävää: 1) koota mahdollisimman paljon kohteesta tulevaa säteilyä niin, että himmeitäkin kohteita voidaan tutkia 2) parantaa erotuskykyä ja suurentaa kohteen näennäistä kulmaläpimittaa 3) toimia kohteen paikan mittausvälineenä (astrometria) Kuvissa voidaan erottaa kolme eri ominaisuutta: 1) Intensiteetti ja kontrasti: Miten eri valovoiman kohteita voidaan erotella 2) Resoluutio eli erotuskyky: Miten pieniä yksityiskohtia voidaan erottaa 3) Suurennus: Kuinka isolta kohde näyttää

Optiset teleskooppityypit Optisia teleskooppeja on kahta päätyyppiä: peiliteleskooppeja eli reflektoreja ja linssiteleskooppeja eli refraktoreita Tähtitiede 1

Kaukoputkien pystytykset Ekvatoriaalinen pystytys: yksi akseli (tuntiakseli) osoittaa kohti taivaannapaa ja sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa on toinen akseli (deklinaatioakseli). Ongelmana on deklinaatioakselin laakerointi, jos kaukoputki on painava. Kohdetta seuratessa tarvitaan vain tuntiakselin suuntainen kiertyminen. Hyvä esim. tähtikuvauksiin. Alt-atsimutaalinen pystytys: yksi akseli osoittaa zeniittiin ja toinen on tätä vastaan kohtisuorassa. Kaukoputken kiertyminen molempien akselien mukaan. Tietokoneiden ansiosta kaukoputken ohjaaminen on helppoa ja tämä on nykyisin yleisin tapa. Suurilla kaukoputkilla tämä on myös tukevampi rakenne. Variaatiota ovat mm. kolmijalka, haarukka ja Dobsonilainen kiinnitys. Ongelma on kuvakentän kiertyminen! Tähtitiede 1

Käytännön muistisääntönä voidaan pitää, että kaksi kohdetta erottuvat toisistaan jos niiden välinen kulma on: (teoreettinen maksimi erotuskyvylle)

Esimerkki: Optisen teleskoopin halkaisija on 5 metriä. Kuinka pieniä yksityiskohtia teleskoopilla voidaan nähdä kuussa, jonka etäisyys maapallolta on noin 400 000 kilometriä. Aallonpituus on 550 nm ja erotuskyky on diffraktiorajoitteinen. Rayleigh n kriteerin mukaan l 1. min 22 D Kun kulma on pieni, voidaan käyttää approksimaatiota tan l D 550nm 5m 7 1.22 1.22 1.342 min 10 7 x 400000km 1.342 10 rad 53. 7m

CCD-kenno

pikselit CCD-siru Ilmaisimeen osunut fotoni irrottaa elektronin, joka jää vangiksi syntykohtaansa.

Spektrografi Yksinkertaisin spektrografi on prisma, joka asetetaan kaukoputken eteen. Tällaista laitetta kutsutaan objektiiviprismaspektrografiksi. Prisma levittää valon aallonpituuden mukaan spektriksi, joka voidaan tallettaa esimerkiksi CCD-kameralla. Kaukoputkea yleensä liikutellaan valotuksen aikana hieman spektriä vastaan kohtisuorassa suunnassa, jotta spektrille saadaan tarpeellinen leveys. Objektiiviprismaspektrografin avulla saadaan kerralla kuvatuksi suuri määrä spektrejä, joita voidaan käyttää mm. tähtien spektriluokitteluun. Prisman sijasta spektrin muodostamiseen käytetään tavallisimmin hilaa. Hilassa on vieri vieressä uurteita, tyypillisesti useita satoja millimetrillä. Hiloja on kahdenlaisia: heijastus ja läpäisyhiloja. Heijastushilassa valoa ei absorboidu lasiin kuten prismassa tai läpäisyhilassa.

Projektin esittäminen Wordissa, PowerPointissa tai Visiossa

Yksityiskohtaista tietoa saadaan rakospektrografin avulla. Siinä valo johdetaan kaukoputken polttotasossa olevan kapean raon kautta kollimaattoriin, joka taittaa tai heijastaa valonsäteet yhdensuuntaisiksi. Tämän jälkeen valo hajotetaan prismalla tai hilalla spektriksi ja fokusoidaan kameralinssin avulla ilmaisimelle, joka nykyisin on yleensä CCD-kamera. Varsinaisen spektrin viereen voidaan valottaa vertailuspektri, jonka avulla saadaan selville tarkat aallonpituudet.

Spektrografin tärkein tekninen ominaisuus on sen muodostaman spektrin mittakaava eli dispersio. Dispersio ilmoittaa, kuinka pitkä aallonpituusväli mahtuu ilmaisimen pituusyksikölle. Objektiiviprisman dispersio on tyypillisesti muutamia kymmeniä nanometrejä millimetrillä, kun taas rakospektrografilla voidaan saavuttaa dispersio 1 0.01 nm/mm, jolloin voidaan tutkia yksittäisten spektriviivojen muotoa. Dispersio ilmoitetaan usein laaduttomana suureena. Esimerkiksi dispersio 1 nm/mm tarkoittaa aallonpituusskaalan kasvamista miljoonakertaiseksi, joten se voidaan ilmoittaa myös muodossa 10 6. Hilan dispersio on yleensä suurempi kuin prismalla.

NOT = Nordic Optical Telescope

2.56 m peili - hiottu Tuorlassa

magnitudi = 0 vuontiheydellä F 0 Kahdelle kohteelle magnitudien välinen ero: magnitudien ero ero vuontiheydessä

Huomaa: Skaala on logaritminen. Yhden magnitudin muutos on ~2.512 kertainen muutos vuontiheydessä! 5 magnitudin ero merkitsee kerrointa 100=10 0.4*5 Pienempi ja negatiivisempi arvo merkitsee kirkkaampaa kohdetta.

Absoluuttinen Magnitudi M Kuvaa kohteen etäisyydestä riippumatonta kirkkautta. Määritelty siten, että se vastaa kohteen magnitudia 10 parsekin etäisyydeltä havaitsijasta:

Absoluuttinen magnitudi ja luminositeetti Absoluuttinen bolometrinen magnitudi voidaan lausua luminositeetin avulla seuraavasti: Olkoon kokonaisvuon tiheys etäisyydellä r = 10 pc tähdelle F ja Auringolle F. Koska tähdelle luminositeetti on L = 4πr 2 F ja Auringolle L, on Vakio: M bol, = 4.74

visuaalialueella 4.82, eli

Johnson Strömgren Myös infrapuna-alueen kaistat: J, H, K, L, M

Tunnetuin järjestelmä, mikä on edelleen käytössä on Johnsonin ja Morganin 1950-luvulla kehittämä UBV-järjestelmä. Nykyisin käytössä on useita eri magnitudijärjestelmiä!

Elektronin siirtymän aiheuttama spektriviiva vedyssä