Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Přístroje pro astronomii 1 Úvod kursu. Sylabus Historie astronomických pozorování, antické objevy a pozorovací metody, středověká astronomie, první dalekohledy.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Přístroje pro astronomii 1 Úvod kursu. Sylabus Historie astronomických pozorování, antické objevy a pozorovací metody, středověká astronomie, první dalekohledy."— Transkript prezentace:

1 Přístroje pro astronomii 1 Úvod kursu

2 Sylabus Historie astronomických pozorování, antické objevy a pozorovací metody, středověká astronomie, první dalekohledy a spektrometry. Spektrum elektromagnetického záření. Obloha v různých spektrálních oborech. Radiometrie a fotometrie. Úvod do geometrické a vlnové optiky. Paraxiální prostor, lámavé a odrazné plochy, Fermatův princip, Huyghens-Fresnelův princip, disperze, difrakční jevy, zobrazovací soustavy, zvětšení, zorné pole, rozlišovací schopnost, vinětace, světelnost, vady zobrazení. Čočkové dalekohledy. Achromáty, apochromáty, ED-optika. Korekce barevné vady. Korekce sklenutí pole. Reduktory a korektory. Prodloužení ohniska. Vady. Výhody a nevýhody. Zrcadlové dalekohledy. Newtonův dalekohled. Tří- a vícezrcadlové systémy. Vady. Výhody a nevýhody. Katadioptrické systémy. Maksutov, Cassegrain, Schmidtova komora, Schmidt- Cassegrain, Schmidt-Newton, Ritchey-Chrétien, Dall-Kirkham. Vady. Výhody a nevýhody. Montáže pro astronomické dalekohledy. Dobsonova montáž, vidlicová montáž, německá paralaktická montáž, speciální systémy. Některé velké profesionální systémy (např. Hale, Keck, VLT aj.) a jejich budoucnost. Aktivní optika. Adaptivní optika.

3 Co lze na obloze pozorovat okem cca 6000 hvězd (celkem z obou polokoulí) cca 6000 hvězd (celkem z obou polokoulí) 5 planet (6?), Měsíc, Slunce 5 planet (6?), Měsíc, Slunce nejjasnější galaxie a mlhoviny (M31, M42) nejjasnější galaxie a mlhoviny (M31, M42) komety, meteory, supernovy, proměnné hvězdy komety, meteory, supernovy, proměnné hvězdy rytmické a pravidelné pohyby – základ kalendářů rytmické a pravidelné pohyby – základ kalendářů

4 Cykly Chaldejský cyklus (7. stol. př.n.l., SAROS) – 41 zatmění Slunce (posunutých o třetinu obvodu Země) během cca 18 let Chaldejský cyklus (7. stol. př.n.l., SAROS) – 41 zatmění Slunce (posunutých o třetinu obvodu Země) během cca 18 let Metonův cyklus (432 př.n.l.) – 19 tropických roků = 235 synodických měsíců [– 2 hodiny] Metonův cyklus (432 př.n.l.) – 19 tropických roků = 235 synodických měsíců [– 2 hodiny] Platónský rok (Hipparchos, 2. stol. př.n.l.) – precesní pohyb Země cca roků Platónský rok (Hipparchos, 2. stol. př.n.l.) – precesní pohyb Země cca roků

5 Starověké observatoře Goseck, Německo (4900 př.n.l.) Goseck, Německo (4900 př.n.l.) Stonehenge, Velká Británie (~2-3 tis. př.n.l.) Stonehenge, Velká Británie (~2-3 tis. př.n.l.) Kokino, Makedonie (1800 př.n.l.) Kokino, Makedonie (1800 př.n.l.) Chankillo, Peru (4. stol. př.n.l.) Chankillo, Peru (4. stol. př.n.l.) El Caracol, Mexiko (906 n.l.) El Caracol, Mexiko (906 n.l.)

6 Řecká astronomie (~600 př.n.l. - ~400 n.l.) vycházeli z babylonských zdrojů vycházeli z babylonských zdrojů Aristoteles – Aristoteles – sféričnost Země, sféričnost Země, Slunce je větší než Země a hvězdy jsou podstatně dál než Slunce Slunce je větší než Země a hvězdy jsou podstatně dál než Slunce Aristarchus ze Samu – Aristarchus ze Samu – velikosti a vzdálenosti Slunce a Měsíce z pozorování zatmění velikosti a vzdálenosti Slunce a Měsíce z pozorování zatmění heliocentrický model jako alternativa ke geocentrickému heliocentrický model jako alternativa ke geocentrickému Hipparchos – Hipparchos – první katalog hvězd první katalog hvězd zavedl hvězdné velikosti zavedl hvězdné velikosti pokusil se potvrdit heliocentrický model změřením paralaxy, ale neuspěl pokusil se potvrdit heliocentrický model změřením paralaxy, ale neuspěl sonda Hipparcos - High Precision Parallax Collecting Satellite sonda Hipparcos - High Precision Parallax Collecting Satellite Ptolemaios – Ptolemaios – geocentrický model - epicykly geocentrický model - epicykly Almagest Almagest

7 Příklad Sluneční světlo dopadá na dno hluboké studny ve městě Syena (dnes Aswan, jižní Egypt) v pravé poledne v den letního slunovratu. Téhož dne pozoruje Slunce Eratosthenes v Alexandrii mírně jižně od zenitu (cca 1/50 kruhu = 7.2°). Velbloudí karavana putuje ze Syeny do Alexandrie 50 dní průměrnou rychlostí 100 stadií denně. Spočtěte poloměr Země ve stádiích. Jak velké chyby se Eratosthenes dopustil? (atický stadion = 185 m, egyptský stadion = 157,5 m).

8 Orientální astronomie Aryabhata (Indie, ) – výpočty poloh planet, zatmění, konjunkcí Aryabhata (Indie, ) – výpočty poloh planet, zatmění, konjunkcí Supernova v souhvězdí Býka (1054) – zaznamenána čínskými a japonskými astronomy (mnoho dalších záznamů supernov a komet) Supernova v souhvězdí Býka (1054) – zaznamenána čínskými a japonskými astronomy (mnoho dalších záznamů supernov a komet) Islámská astronomie Islámská astronomie Albumasar (9. stol.) – heliocentrický systém Albumasar (9. stol.) – heliocentrický systém al-Sufi (10. stol) – katalog hvězd včetně barev, pozorování mlhovin v Andromedě a LMC al-Sufi (10. stol) – katalog hvězd včetně barev, pozorování mlhovin v Andromedě a LMC Alhazen (11. stol.) – vysvětlil svit Měsíce Alhazen (11. stol.) – vysvětlil svit Měsíce …mnoho dalších …mnoho dalších

9 Antické astronomické pomůcky Gnómon Gnómon ukazatel slunečních hodin ukazatel slunečních hodin místní poledník místní poledník určení rovnodennosti a zeměpisné šířky určení rovnodennosti a zeměpisné šířky Astroláb (planisféra) Astroláb (planisféra) otáčivá mapa hvězdné oblohy otáčivá mapa hvězdné oblohy Armilární aféra Armilární aféra prostorový model oblohy prostorový model oblohy Mechanismus z Antikythéry Mechanismus z Antikythéry úhloměr, sextant úhloměr, sextant

10 Mechanismus z Antikythéry př.n.l., řeckého původu (Hipparchos???) př.n.l., řeckého původu (Hipparchos???) Objeven 1900 Objeven 1900 předpovědi pohybu Slunce a Měsíce (včetně excentricity měsíční dráhy), zatmění předpovědi pohybu Slunce a Měsíce (včetně excentricity měsíční dráhy), zatmění Mechanika na úrovni 18. stol. v Evropě Mechanika na úrovni 18. stol. v Evropě

11 Renesance Mikoláš Koperník ( ) – navrhl heliocentrický systém (De revolutionibus orbium coelestium) Mikoláš Koperník ( ) – navrhl heliocentrický systém (De revolutionibus orbium coelestium) Tycho de Brahe ( ) – velmi přesná měření ~ 1’ Slunce, Měsíce a planet (mnohaletá), také supernovu v roce 1572 Tycho de Brahe ( ) – velmi přesná měření ~ 1’ Slunce, Měsíce a planet (mnohaletá), také supernovu v roce 1572 Johannes Kepler ( ) – vysvětlil pohyby planet (Keplerovy zákony, Astronomia nova, Harmonices Mundi) Johannes Kepler ( ) – vysvětlil pohyby planet (Keplerovy zákony, Astronomia nova, Harmonices Mundi) Galileo Galilei ( ) – propagoval koperníkovský heliocentrismus (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo), využíval hojně dalekohled, objevil čtyři Jupiterovy měsíce a sluneční skvrny, fáze Venuše, hvězdy v Mléčné dráze Galileo Galilei ( ) – propagoval koperníkovský heliocentrismus (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo), využíval hojně dalekohled, objevil čtyři Jupiterovy měsíce a sluneční skvrny, fáze Venuše, hvězdy v Mléčné dráze Isaac Newton ( ) – teorie gravitace (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), vynalezl první dalekohled s odrazným zrcadlem, rozložil bílé světlo hranolem Isaac Newton ( ) – teorie gravitace (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), vynalezl první dalekohled s odrazným zrcadlem, rozložil bílé světlo hranolem

12 Proč potřebujeme dalekohledy a CCD detektory? zvýšení sběrné plochy pro světlo zvýšení sběrné plochy pro světlo oko má sběrnou plochu mm 2 oko má sběrnou plochu mm 2 dalekohledy ji zvětšují krát dalekohledy ji zvětšují krát integrace sběru fotonů v čase integrace sběru fotonů v čase oko 100 ms (skotopicky), 10 ms (fotopicky) oko 100 ms (skotopicky), 10 ms (fotopicky) zvýšení rozlišovací schopnosti zvýšení rozlišovací schopnosti oko asi 1' fotopicky oko asi 1' fotopicky asi 5' skotopicky asi 5' skotopicky

13 Technologická revoluce velké dalekohledy velké dalekohledy fotografie fotografie fotonásobiče, intenzifikátory obrazu fotonásobiče, intenzifikátory obrazu CCD kamery CCD kamery počítače počítače

14 Neoptická astronomie Radioastronomie (Jansky, 1931) – kvazary, pulzary Radioastronomie (Jansky, 1931) – kvazary, pulzary Sekundární projevy dopadu vysokoenergetických částic do atmosféry Sekundární projevy dopadu vysokoenergetických částic do atmosféry Kosmická astronomie Rentgenová – neutronové hvězdy, rázové vlny při výbuchu supernov Rentgenová – neutronové hvězdy, rázové vlny při výbuchu supernov UV a IR – vznik hvězd UV a IR – vznik hvězd Gama – pulzary, aktivní jádra galaxií Gama – pulzary, aktivní jádra galaxií Planetární průzkum – sondy a roboti Planetární průzkum – sondy a roboti Částicová astronomie – protony, neutrina Částicová astronomie – protony, neutrina Gravitační vlny Gravitační vlny

15 Stručná historie objevů 1802 Fraunhofer identifikoval absorpční čáry ve slunečním spektru a zjistil že odpovídají prvkům známým na Zemi 1802 Fraunhofer identifikoval absorpční čáry ve slunečním spektru a zjistil že odpovídají prvkům známým na Zemi Model nukleární pece ve hvězdách (jaderná fyzika 1. pol. 20. století) velmi dobře předpovídá chování a velikosti hvězd, nedávno potvrzen i měřením toku slunečních neutrin Model nukleární pece ve hvězdách (jaderná fyzika 1. pol. 20. století) velmi dobře předpovídá chování a velikosti hvězd, nedávno potvrzen i měřením toku slunečních neutrin 1862 – pozorován první bílý trpaslík (Sirius B) – velikost Země, ale hmotnost Slunce – degenerovaný elektronový plyn (vysvětlen kvantovou teorií ve 20. letech 20. století) 1862 – pozorován první bílý trpaslík (Sirius B) – velikost Země, ale hmotnost Slunce – degenerovaný elektronový plyn (vysvětlen kvantovou teorií ve 20. letech 20. století)

16 Stručná historie objevů 1939 – existují ještě kompaktnější objekty – neutronové hvězdy: hmotnost Slunce, ale 1000x menší než bílý trpaslík (objeveny 1967 jako pulzary a později jako rentgenové hvězdy) 1939 – existují ještě kompaktnější objekty – neutronové hvězdy: hmotnost Slunce, ale 1000x menší než bílý trpaslík (objeveny 1967 jako pulzary a později jako rentgenové hvězdy) život hvězd – zárodečné mlhoviny protohvězdy – otevřené hvězdokupy – obři a trpaslíci - novy – supernovy – planetární mlhoviny – kulové hvězdokupy život hvězd – zárodečné mlhoviny protohvězdy – otevřené hvězdokupy – obři a trpaslíci - novy – supernovy – planetární mlhoviny – kulové hvězdokupy

17 Stručná historie objevů 1917 Shapley – velikost naší Galaxie 1917 Shapley – velikost naší Galaxie 1924 Hubble – vzdálenost galaxie v Andromedě 1924 Hubble – vzdálenost galaxie v Andromedě 1929 Hubble – galaxie se vzdalují – vesmír se rozpíná 1929 Hubble – galaxie se vzdalují – vesmír se rozpíná Kosmologie velkého třesku Kosmologie velkého třesku

18 Bible Genesis 1:1 Na počátku stvořil Bůh nebe a zemi. Genesis 1:1 Na počátku stvořil Bůh nebe a zemi. Jób 38:4 Kde jsi byl, když jsem zakládal zemi? Pověz, víš-li něco rozumného o tom. Jób 38:4 Kde jsi byl, když jsem zakládal zemi? Pověz, víš-li něco rozumného o tom.

19 Současné výzvy gravitační vlny (pozorování binárních pulzarů) gravitační vlny (pozorování binárních pulzarů) oscilace neutrin oscilace neutrin inflační vesmír inflační vesmír temná hmota a temná energie temná hmota a temná energie rozpínání se zrychluje (NC2011) rozpínání se zrychluje (NC2011) fluktuace CMB fluktuace CMB neutrina rychlejší než světlo? neutrina rychlejší než světlo?

20 Informace o vesmírných objektech světlo (fotony) světlo (fotony) vlnově-částicová povaha vlnově-částicová povaha interferometrie interferometrie šíří se po přímých drahách (kromě nízkofrekvenčních rádiových vln a ohybu na gravitačních čočkách) šíří se po přímých drahách (kromě nízkofrekvenčních rádiových vln a ohybu na gravitačních čočkách) kosmické záření (nabité částice) kosmické záření (nabité částice) zejména protony, ale i těžší jádra zejména protony, ale i těžší jádra působí na ně mezihvězdná a mezigalaktická magnetická pole působí na ně mezihvězdná a mezigalaktická magnetická pole meteority – informace o sluneční soustavě meteority – informace o sluneční soustavě neutrina neutrina gravitační vlny gravitační vlny

21 Jednotky „energie“ vln. délka, frekvence, energie, vlnočet, = c vln. délka, frekvence, energie, vlnočet, = c Foton λ = 1 μm má ν = 3 x Hz E = hν = 2 x J Foton λ = 1 μm má ν = 3 x Hz E = hν = 2 x J elektronvolt: 1,24 eV (1 eV = 1,602 x J) elektronvolt: 1,24 eV (1 eV = 1,602 x J) převrácený centimetr: 10 4 cm -1 převrácený centimetr: 10 4 cm -1 μm, nm, angström μm, nm, angström GHz, THz, PHz, EHz GHz, THz, PHz, EHz Pro plyn v termodynamické rovnováze (černé těleso) hν = kT ν [Hz] ≈ 2 x T [K] Pro plyn v termodynamické rovnováze (černé těleso) hν = kT ν [Hz] ≈ 2 x T [K]

22 Spektrum el.-mag. záření

23 Propustnost atmosféry

24

25 Mezihvězdný prach

26 Turbulence atmosféry Obraz v dalekohledu se při krátké expoziční době (< ms) rychle mění Obraz v dalekohledu se při krátké expoziční době (< ms) rychle mění Při dlouhé expoziční době je rozmazaný Při dlouhé expoziční době je rozmazaný diffraction- -limited „tip/tilt“21 min

27 Charakterizace míry turbulencí v atmosféře Prostorové vlastnosti: Prostorové vlastnosti: Friedův parametr r 0 - velikost apertury, jejíž difrakčně omezená rozlišovací schopnost by byla stejná jako rozlišovací schopnost nekonečně velké apertury daná turbulencemi atmosféry Friedův parametr r 0 - velikost apertury, jejíž difrakčně omezená rozlišovací schopnost by byla stejná jako rozlišovací schopnost nekonečně velké apertury daná turbulencemi atmosféry „seeing“ ε - velikost difrakčního obrazce daného turbulencemi „seeing“ ε - velikost difrakčního obrazce daného turbulencemi Časové vlastnosti: Časové vlastnosti: Na krátkých časových škálách [10 -2 – s] – speklový dekoherenční čas τ 0 Na krátkých časových škálách [10 -2 – s] – speklový dekoherenční čas τ 0 Na delších časových škálách [sekundy až hodiny] - časový interval t 0, po který je možné považovat obraz za translačně stabilní Na delších časových škálách [sekundy až hodiny] - časový interval t 0, po který je možné považovat obraz za translačně stabilní Izoplanatický úhel Izoplanatický úhel Maximální úhlová vzdálenost objektů θ 0, které jsou deformovány velmi podobnými distorzemi vlnoplochy (definice je vágní...) Maximální úhlová vzdálenost objektů θ 0, které jsou deformovány velmi podobnými distorzemi vlnoplochy (definice je vágní...)

28 Závislost na nadmořské výšce

29 Závislost na vlnové délce

30 Závislost na zenitovém úhlu

31 1,2x10 -5 nm, >100 MeV 0,37 nm, 6 keV 500 nm, 2,5 eV 3,5 μm, 0,36 eV 240 μm, 5,2x10 -3 eV 73,5 cm, 1,7x10 -6 eV Obloha v různých spektrálních oborech

32 Obloha v různých spektrálních oborech

33 Galaxie (M31)

34 Aktivní galaxie (M51)

35 Krabí mlhovina (M1)

36 Slunce

37 Úvod do radiometrie spektrální hustota záře (spectral radiance, specific intensity) L ν [W m -2 sr -1 Hz -1 ], L λ [W m -3 sr -1 ] zář (radiance, luminance) – celé spektrum L [W m -2 sr -1 ] kosinový (Lambertovský) zdroj intenzita vyzařování (do poloprostoru) [W m -2 ] (radiant exitance, flux) F = ∫L cos( θ ) d Ω = π L F ν (flux density)[W.m -2.Hz -1, Jy= W.m -2.Hz -1 ] zářivost (radiant intensity) I [W sr -1 ] zářivý tok (total flux, luminosity), Φ [W] = FA zářivá energie Q [J]

38 Záření černého tělesa

39 Ozáření Ω =a/r 2 =4 π sin 2 ( θ /2) Intenzita ozáření (irradiance) E=FA/(4 π r 2 )=AL/(4r 2 ) [W m -2 ] Ozáření H = ∫E(t) dt [J m -2 ] - expozice propustnost, filtrace T P D ≈AaTL λ ( λ 0 ) Δλ /r 2 [W]

40 Fotometrie Zářivá energie, jak je vnímána lidským okem Světelný tok [lm] místo zářivého toku [W]RadiometrieFotometrie zářivý tok (radiant flux, luminosity) Φ [W] světelný tok (luminous flux) [lm] intenzita vyzařování (radiant exitance) F [W.m -2 ] světlení (luminous exitance) [lm.m -2 ] zářivost (radiant intensity) I [W.sr -1 ] svítivost (luminous intensity) [cd = lm.sr -1 ] zář (radiance) L [] [W.m -2. sr -1 ] jas (luminance) [nt = cd.m -2 ] intenzita ozáření (irradiance) E [W.m -2 ] osvětlení (illuminance) [lx = lm.m -2 ] ozáření (radiant exposure) H [J.m -2 ] osvit (light exposure) [lx.s]

41 Typické hodnoty Zdroj Jas [nt] Osvětlení [lx] Slunce v zenitu 1,6 x zamračená obloha Měsíc25000,2 noční obloha 5 x ,001

42 Zdánlivé magnitudy nelinearita odezvy lidského oka (1:10:100) nelinearita odezvy lidského oka (1:10:100) Hipparchos, N.R.Pogson (1856) – intenzita vyzařování hvězdy 1. velikosti je asi 100-násobek hvězdy 6. velikosti, neboli mezi sousedními hvězdnými velikostmi je podíl Hipparchos, N.R.Pogson (1856) – intenzita vyzařování hvězdy 1. velikosti je asi 100-násobek hvězdy 6. velikosti, neboli mezi sousedními hvězdnými velikostmi je podíl m = -2,5 log 10 (F/F 0 ) (F 0 závisí na konkrétním fotometrickém systému) m = -2,5 log 10 (F/F 0 ) (F 0 závisí na konkrétním fotometrickém systému) m 1 - m 2 = -2,5 log 10 (F 1 /F 2 ) m 1 - m 2 = -2,5 log 10 (F 1 /F 2 ) m v vizuální magnituda m v vizuální magnituda m pg fotografická magnituda m pg fotografická magnituda m bol = m v – BC bolometrická magnituda m bol = m v – BC bolometrická magnituda

43 Fotometrické systémy UBV systém UBV systém UBVRI systém UBVRI systém uvby systém uvby systém …mnoho dalších …mnoho dalších

44 Absolutní magnitudy absolutní magnituda M je číselně stejná jako zdánlivá magnituda m ze vzdálenosti 10 pc absolutní magnituda M je číselně stejná jako zdánlivá magnituda m ze vzdálenosti 10 pc m -M = -2,5 log 10 [F (r)/F (10)] = = -2,5 log 10 [10 pc/r] 2 = 5 log 10 [r/10 pc] m -M = -2,5 log 10 [F (r)/F (10)] = = -2,5 log 10 [10 pc/r] 2 = 5 log 10 [r/10 pc] vztah k zářivému toku: M bol = -2.5 log 10 [/ 0 ], 0 = 3,0x10 28 W vztah k zářivému toku: M bol = -2.5 log 10 [ Φ / Φ 0 ], Φ 0 = 3,0x10 28 W

45 Zdánlivá magnituda dvojhvězdy Jakou celkovou zdánlivou magnitudu má dvojhvězda, která se skládá ze složek se zdánlivými magnitudami 1 m a 2 m ? 1 = -2.5 log 10 (F 1 /F 0 ), 2 = -2.5 log 10 (F 2 /F 0 ) F 1 = F 0 x 10 -0,4, F 2 = F 0 x 10 -0,8 F = F 1 + F 2 = F 0 (10 -0, ,8 ) m = -2,5 log 10 0,5566 = 0,64

46 Studijní materiál


Stáhnout ppt "Přístroje pro astronomii 1 Úvod kursu. Sylabus Historie astronomických pozorování, antické objevy a pozorovací metody, středověká astronomie, první dalekohledy."

Podobné prezentace


Reklamy Google