AST1010 En kosmisk reise

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 6: Op;kk Teleskoper De vik;gste punktene: Op;kk og teleskop Linse- og speilteleskop De vik;gste egenskapene ;l et teleskop Detektorer og spektrometre Teleskop for andre bølgelengder enn synlig lys 1

2 Op;kk Refleksjon og brytning 2

3 Linser (brytning) Brennpunkt: Matema;sk i slekt med ellipsens brennpunkt (Keplers 1. lov) Parabolsk speil (refleksjon) 3

4 Teleskop Teleskop danner bilder av objekter. Beny5et av Galileo Galilei 7l å betrakte sola, planetene og stjerner fra To typer: Refraktorer beny5er 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 4

5 Lys som faller inn på skrå? Lysstråler som faller inn på skrå brytes ;l punkter i brennplanet (fokalplanet). Det går gjennom brennpunktet og er loddrez på den op;ske aksen. Fargefeil kroma;sk aberrasjon I linser vil stråler med ulik farge ikke ha fokus på samme sted. Bildet får derfor et farges;kk. 10 5

6 Kroma;sk korreksjon ved hjelp av 2 linser AST Teleskoper 11 Hulspeil og speilteleskop Lys inn langs aksen ;l et parabolsk speil vil reflekteres fra overflaten og samles i ez punkt. 12 6

7 Newtonsk teleskopmontering AST Teleskoper Cassegrainmontering Med Cassegrainmontering føres lyset ut gjennom et hull i primærspeilet hulspeilet og fokus befinner seg på den op;ske aksen. All ;lleggsapparatur monteres på aksen bak primærspeilet og konstruksjonen blir stødigere. 14 7

8 Fordelene med speilteleskop Speilene virker likt på alle bølgelengder, altså ingen fargefeil. Det er bare en flate som må formes nøyak;g ved sliping speiloverflaten. Speil kan lages mye større enn linser idet kravene ;l glassets kvalitet er lavere. Absorpsjon og refleksjon av lys i linser er mye større enn tap ved refleksjon på speilflater, især for ultrafioleze bølgelengder. 15 Effekten av økende forstørrelse Stor forstørrelse minsker lysstyrken i bildet, minsker kontrasten, og minsker synsfeltet. 16 8

9 Vik;gst: Lysinnsamlende evne Relatert ;l 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 0 17 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

10 Diffraksjon: Lys gjennom spalte hzps://crea;vecommons.org/licenses/by- sa/3.0/deed.en 10

11 Brytningsbilder AST Teleskoper 21 Brytningsbildet for en rektangulær åpning (2 dimensjoner) AST Teleskoper 22 11

12 Brytningsbildet fra to kilder 23 To kilder nær hverandre kan se ut som en kilde med dårlig oppløsning AST Teleskoper 24 12

13 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 ;l den andre kilden. 25 Vinkeloppløsning Amatørteleskop: Oppløsning på 1.25 Ikke nok ;l å se parallaksevinkel fra nærmeste stjerne (under 1 ) gode instrumenter var nødvendig for å bekrele parallakse i det heliosentriske verdensbildet Større diameter gir høyere oppløsning. For teleskop på bakken bestemmes oppløsning i praksis av turbulens i jordas atmosfære

14 Registrering av lys: detektorer Tidligere benyzet man nesten bare fotografiske plater. I dag brukes ulike typer fotoelektrisk registrering. Figur: CCD Charge Coupled Device. AST Teleskoper 27 Prinsippet for spektrometre HviZ lys faller inn på et refleksjonsgizer. Lysets splizes opp i farger. Fargene spres ut og registreres med en detektor. Avbilding gir detaljerte spektra med linjer

15 Teleskop for alle bølgelengder Radioteleskop Synlig lys og infrarøde bølgelengder Røntgen- og gammateleskop (i ballonger og satellizer, for denne strålingen når ikke ned ;l bakken) 29 Bare en del av strålingen når ned ;l jordoverflaten: Radiobølger, synlig lys (+ liz infrarødt) 30 15

16 Radioteleskop Parabolsk speil samler stråling på en dipol- mozager. AST Teleskoper 31 Arecibo (Puerto Rico): Verdens største radioteleskop (305 m diameter) AST Teleskoper 32 16

17 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 ;lsvarende store teleskoper for å få god oppløsning i denne delen av spekteret AST Teleskoper 33 Radiointerferometer: Flere radioteleskop sammen for bedre oppløsning AST Teleskoper 17

18 Very Large Array - Soccorro AST Teleskoper 35 Romteleskop: Hubble Space Telescope AST Teleskoper 36 18

19 Hvorfor romteleskop? Ulemper: Dyre å sende opp Vanskelige å reparere (Hubble- teleskopet) Fordeler: Vik;gst: 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 (men turbulens kan håndteres med adap9v op9kk) AST Teleskoper 37 Observatorier på Mauna Kea AST Teleskoper 38 19

20 Keck- teleskopene AST Teleskoper 39 Swedish Solar Telescope AST Teleskoper 40 20

21 La Palma- observatoriene AST Teleskoper 41 ESO i Chile SINFONI på Paranal AST Teleskoper 42 21

22 Hvor plasserer man bakketeleskop? Stabile værforhold (tørr lul) ørkenområder Høyt over havet (mindre atmosfære ut ;l rommet) oell/platåer Langt fra menneskelig bebyggelse Bryggen i Bergen er et eksempel på et svært dårlig sted å bygge teleskop 22

23 På bølgelengder i UV- og røntgen- området vil vanlige speil ikke reflektere lys. Refleksjonen er likevel høy ved streifende innfall. UV- og røntgenteleskop SeZer sammen speil med hyperbolske og parabolske flater. 45 Chandra og XMM Skjema;ske skisser XMM - Newton Chandra 46 23

24 30/01/18 AST Teleskoper 47 XMMs gullbelagte speil AST Teleskoper 48 24