AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Optikk 1/30/2017. Forelesning 6: Optikk Teleskoper

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 6: Optikk Teleskoper De viktigste punktene i dag: Optikk og teleskop Linse- og speilteleskop De viktigste egenskapene til et teleskop Detektorer og spektrometre Teleskop for andre bølgelengder enn synlig lys Optikk 1

2 Refleksjon og brytning Linser (brytning) Brennpunkt: Matematisk i slekt med ellipsens brennpunkt (Keplers 1. lov), men fysisk sett ingen direkte sammenheng mellom planetbaner og teleskoplinser Parabolsk speil (refleksjon) 2

3 Teleskop Teleskop danner bilder av objekter. Benyttet av Galileo Galilei til å betrakte sola, planetene og stjerner fra To typer: Refraktorer benytter linser for å lage bilder. Reflektorer gjør bruk av krumme speil av glass belagt med et lag av reflekterende metall. 7 Tre hovedegenskaper ved teleskop 1. Forstørrelse. 2. Lysinnsamlende evne. 3. Oppløsning hvor godt greier teleskopet å skille mellom stjerner som står nær hverandre på himmelen. I hovedsak lager vi teleskop for å oppnå stor innsamling av lys slik at vi kan observere svakt lysende objekter. 8 Lys som faller inn på skrå? Lysstråler som faller inn på skrå brytes til punkter i brennplanet (fokalplanet). Det går gjennom brennpunktet og er loddrett på den optiske aksen. 3

4 v=oydqr_7_dji Fargefeil kromatisk aberrasjon I linser vil stråler med ulik farge ikke ha fokus på samme sted. Bildet får derfor et fargestikk. 11 Kromatisk korreksjon ved hjelp av 2 linser AST Teleskoper 12 4

5 Hulspeil og speilteleskop Lys inn langs aksen til et parabolsk speil vil reflekteres fra overflaten og samles i ett punkt. 13 Newtonsk teleskopmontering AST Teleskoper Cassegrainmontering Med Cassegrainmontering føres lyset ut gjennom et hull i primærspeilet hulspeilet og fokus befinner seg på den optiske aksen. All tilleggsapparatur monteres på aksen bak primærspeilet og konstruksjonen blir stødigere. 15 5

6 Fordelene med speilteleskop Speilene virker likt på alle bølgelengder, altså ingen fargefeil. Det er bare en flate som må formes nøyaktig ved sliping speiloverflaten. Speil kan lages mye større enn linser idet kravene til glassets kvalitet er lavere. Absorpsjon og refleksjon av lys i linser er mye større enn tap ved refleksjon på speilflater, især for ultrafiolette bølgelengder. 16 Effekten av økende forstørrelse Stor forstørrelse minsker lysstyrken i bildet, minsker kontrasten, og minsker synsfeltet. 17 Viktigst: Lysinnsamlende evne Relatert til størrelsen av linse eller primærspeil eller teleskopåpning. Jo større (diameter på) aperturåpning, jo mer lys kan samles inn: Øyets pupill: d = 5 millimeter, A = A 0 Amatørteleskop: d = 15 cm, A = 10 3 A 0 Palomarteleskopet: d = 5 m, A = 10 6 A

7 Oppløsningsevne Hvor godt man skiller mellom to lyskilder som er nær hverandre på himmelen. Galileis teleskop forbedret øyet med en faktor 20. Hubbleteleskopet: En faktor Diffraksjon: Lys gjennom spalte 7

8 Brytningsbilder AST Teleskoper 22 Brytningsbildet for en rektangulær åpning (2 dimensjoner) AST Teleskoper 23 Brytningsbildet fra to kilder 24 8

9 To kilder nær hverandre kan se ut som en kilde med dårlig oppløsning AST Teleskoper 25 Marginalt oppløste kilder Her vises situasjonen med marginal oppløsning: Primært intensitetsmaksimum for den ene kilden faller på samme sted som posisjonen for første minimum i brytningsbildet til den andre kilden. 26 Vinkeloppløsning Amatørteleskop: Oppløsning på 1.25 Ikke nok til å se parallaksevinkel fra nærmeste stjerne (under 1 ) gode instrumenter var nødvendig for å bekrefte parallakse i det heliosentriske verdensbildet Større diameter gir høyere oppløsning. For teleskop på bakken bestemmes oppløsning i praksis av turbulens i jordas atmosfære. 27 9

10 Registrering av lys: detektorer Tidligere benyttet man nesten bare fotografiske plater. I dag brukes ulike typer fotoelektrisk registrering. Figur: CCD Charge Coupled Device. AST Teleskoper 28 Prinsippet for spektrometre Hvitt lys faller inn på et refleksjonsgitter. Lysets splittes opp i farger. Fargene spres ut og registreres med en detektor. Avbilding gir detaljerte spektra med linjer. 29 Teleskop for alle bølgelengder Radioteleskop Synlig lys og infrarøde bølgelengder Røntgen- og gammateleskop (i ballonger: denne strålingen når ikke ned til bakken) 30 10

11 Bare en del av strålingen når ned til jordoverflaten: Radiobølger, synlig lys (+ litt infrarødt) 31 Radioteleskop Parabolsk speil samler stråling på en dipolmottager. AST Teleskoper 32 Arecibo (Puerto Rico): Verdens største radioteleskop (305 m diameter) AST Teleskoper 33 11

12 Hvorfor er radioteleskop så svære? Oppløsningsevnen bedre med større diameter Men oppløsningsevnen blir dårligere (med samme diameter) for lange bølgelengder Radiobølger har lange bølgelengder, så vi trenger tilsvarende store teleskoper for å få god oppløsning i denne delen av spekteret AST Teleskoper 34 Radiointerferometer: Flere radioteleskop sammen for bedre oppløsning AST Teleskoper Very Large Array - Soccorro AST Teleskoper 36 12

13 Romteleskop: Hubble Space Telescope AST Teleskoper 37 Hvorfor romteleskop? Ulemper: Dyre å sende opp Vanskelige å reparere (Hubble-teleskopet) Fordeler: Viktigst: Alle bølgelengder (ingen stråling stoppes av jordatmosfæren) Ikke lysforurensning (fra byer o.l.) Ikke avhengige av godt vær Ingen turbulens i atmosfæren som gjør bildet utydelig AST Teleskoper 38 Eksempel på turbulens: Jupiter H_M0 Legg også merke til to Galieiske måner synlige i dette teleskopet Med adaptiv optikk (sammenligne med referanseobjekt) kan en datamaskin regne ut turbulensen, og forbedre bildet kraftig AST Teleskoper 39 13

14 Observatorier på Mauna Kea AST Teleskoper 40 Keck-teleskopene AST Teleskoper 41 Swedish Solar Telescope AST Teleskoper 42 14

15 La Palma-observatoriene AST Teleskoper 43 ESO i Chile SINFONI på Paranal AST Teleskoper 44 15

16 Hvor plasserer man bakketeleskop? Stabile værforhold (tørr luft) ørkenområder Høyt over havet (mindre atmosfære ut til rommet) fjell/platåer Langt fra menneskelig bebyggelse Bryggen i Bergen er et eksempel på et svært dårlig sted å bygge teleskop På bølgelengder i UV- og røntgenområdet vil vanlige speil ikke reflektere lys. Refleksjonen er likevel høy ved streifende innfall. UV- og røntgenteleskop Setter sammen speil med hyperbolske og parabolske flater. 47 Chandra og XMM Skjematiske skisser XMM - Newton Chandra 48 16

17 AST Teleskoper 49 XMMs gullbelagte speil AST Teleskoper 50 17