AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 6: Teleskoper

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 6: Teleskoper

2 Innhold Optikk og teleskop Linse- og speilteleskop De viktigste egenskapene til et teleskop Detektorer og spektrometre Teleskop for andre bølgelengder enn synlig lys

3 Teleskop Teleskop danner bilder av objekter. Benyttet av Galileo Galilei til å betrakte sola, planetene og stjerner fra Andre like tidlige brukere var Scheiner, Fabritius, Harrison og Marius. To typer: Refraktorer benytter linser for å lage bilder. Reflektorer gjør bruk av krumme glasspeil belagt med et lag av reflekterende metall. AST Teleskoper 3

4 Refleksjon og brytning Refracted ray

5 Linser

6 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.

7 Fargefeil kromatisk aberrasjon I linser vil stråler med ulik farge ikke ha fokus på samme sted. Bildet får derfor et fargestikk. 7

8 Kromatisk korreksjon ved hjelp av 2 linser AST Teleskoper 8

9 Hulspeil og speilteleskop Lys inn langs aksen til et parabolsk speil vil reflekteres fra overflaten og samles i ett punkt. 9

10 Newtonsk teleskopmontering AST Teleskoper

11 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. 11

12 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. AST Teleskoper 12

13 Tre hovedegenskaper ved teleskop Forstørrelse. Lysinnsamlende evne. 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. AST Teleskoper 13

14 Effekten av økende forstørrelse Stor forstørrelse minsker lysstyrken i bildet, minsker kontrasten, og minsker synsfeltet. AST Teleskoper 14

15 Lysinnsamlende evne Relatert til størrelsen av linse eller primærspeil eller teleskopåpning. Mengden av lys som samles inn er proporsjonal med arealet til denne så kalte aperturåpningen: A = (½) 2 p d 2, hvor d er diameter for åpningen. 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 0 AST Teleskoper 15

16 Oppløsningsevne Oppløsningsevne forteller hvor godt man skiller mellom to lyskilder som er nær hverandre på himmelen. Galileis teleskop forbedret øyet med en faktor 20. Hubbleteleskopet har gitt en faktor 60 i tillegg. AST Teleskoper 16

17 Brytningsbilder AST Teleskoper 17

18 Brytningsbildet for en rektangulær åpning AST Teleskoper 18

19 Brytningsbildet fra to kilder AST Teleskoper 19

20 To kilder nær hverandre AST Teleskoper 20

21 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. AST Teleskoper 21

22 Vinkeloppløsning noen tall Sentralt i spektralområdet for synlig lys, l = 500 nm, er oppløsningsvinkelen: Amatørteleskop: D = 10 cm q = ~ 1.25, Hubble Space Telescope: D = 2.5 m q = ~ 0.05, gitt henholdsvis i radianer og buesekunder ( ). Stor diameter gir høy oppløsning. For teleskop på bakken bestemmes oppløsning i praksis av turbulens i jordas atmosfære. AST Teleskoper 22

23 Registrering av lys: detektorer Tidligere benyttet man nesten bare fotografiske plater. I dag brukes ulike typer fotoelektrisk registrering. Vanligst er s.k. CCD Charge Coupled Device. Figuren viser en CCD-brikke. AST Teleskoper 23

24 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. 24

25 Teleskop for alle bølgelengder Radioteleskop Synlig lys og infrarøde bølgelengder Røntgen- og gammateleskop 25

26 Radioteleskop Eksempel: Green Bank Telescope det største styrbare enkeltstående radioteleskop. Parabolsk speil samler stråling på en dipolmottager. AST Teleskoper 26

27 AST Teleskoper 27

28

29

30 Radiointerferometer AST Teleskoper

31 Very Large Array - Soccorro AST Teleskoper 31

32 HST AST Teleskoper 32

33 Observatorier på Mauna Kea AST Teleskoper 33

34 Keck-teleskopene AST Teleskoper 34

35 Swedish Solar Telescope AST Teleskoper 35

36 La Palma observatoriene AST Teleskoper 36

37

38

39

40

41 ESO i Chile SINFONI på Paranal AST Teleskoper 41

42

43 UV- og røntgenteleskop På bølgelengder i UV- og røntgenområdet vil vanlige speil ikke reflektere lys. Refleksjonen er likevel høy ved streifende innfall. Setter sammen speil med hyperbolske og parabolske flater. 43

44 Chandra og XMM Skjematiske skisser XMM - Newton Chandra 44

45 AST Teleskoper 45

46 XMMs gullbelagte speil AST Teleskoper 46

47 Neste forelesning: Merkur, Venus, Jorda, månen og Mars