ÖÖversiktskurs i astronomiversiktskurs i astronomiLektion 3: Lektion 3: Ljus och teleskopLjus och teleskop

Översiktskurs i astronomi Ö versiktskurs i astronomi Lektion 3:

Lektion 3: Ljus och teleskop Ljus och teleskop

Uppl Upplä ägg gg

Ljus och spektraLjus och spektra

Elektromagnetisk strElektromagnetisk stråålninglning

VVååglgläängd vid frekvensngd vid frekvens

Teleskop och detektorerTeleskop och detektorer

SeeingSeeing

ReflektorReflektor--och och refraktorteleskoprefraktorteleskop

CCDCCD--chipchip

AtmosfAtmosfääriska friska föönsternster

ExtinktionExtinktion

Optiska teleskopOptiska teleskop

Teleskop vid andra vTeleskop vid andra vååglgläängderngder

RymdteleskopRymdteleskop

NeutrinoteleskopNeutrinoteleskop

Budb Budbä ärare i universum rare i universum

Universum ger sig fr

Universum ger sig fräämst till kmst till käänna genom:nna genom:

Elektromagnetisk str Elektromagnetisk stråålninglning samt:

samt:

Gravitation Gravitation

Den elektromagnetiska str

Den elektromagnetiska stråålningen, som flningen, som färdas ärdas med ljusets hastighet (300 000 km s

med ljusets hastighet (300 000 km s^--11), har stort ), har stort omfåomfång i vng i vååglgläängd (frekvens).ngd (frekvens).

Elektromagnetisk str

Elektromagnetisk strå ålning lning

Relationen mellan ljushastigheten

Relationen mellan ljushastigheten cc(mä(mäts i meter ts i meter per sekund), frekvensen

per sekund), frekvensen ff(mä(mäts i ts i ””svsväängningar per ngningar per sekund

sekund””alt. Hertz) och valt. Hertz) och vååglgläängden ngden λλ(m(mäts i meter) äts i meter) kan skrivas:

kan skrivas:

c c = = f f λ λ

Relationen mellan energi (m

Relationen mellan energi (määts i Joule), vts i Joule), vååglgläängd ngd och frekvens kan skrivas:

och frekvens kan skrivas:

konstant) Plancks

(h

och

=hc E hf E

λ

D.v.s. gammastr

D.v.s. gammastråålning, synligt lning, synligt ljus, radiov

ljus, radiovåågor etc. gor etc. äär r samma samma typ av str

typ av stråålninglning, endast , endast energin (alt.

energin (alt. ffeller λeller λ) skiljer ) skiljer dem

dem ååt.t.

En anv

En anväändbar enhet fndbar enhet föör r vvååglgläängder i synligt ljus ngder i synligt ljus äär r Å

Ångstrngströöm (1m (1ÅÅ= 10= 10^––1010meter).meter).

Optiskt astronomi utnyttjar Optiskt astronomi utnyttjar vanligtvis v

vanligtvis vååglgläängd medan ngd medan radioastronomi anv radioastronomi anväänder nder frekvens.

frekvens.

Olika

Olika sorters ljus sorters ljus

Synligt ljus:

Ljus med våglängder av ca 400—700 nm

Optiskt ljus:

Betyder ibland synligt ljus, men innefattar ibland även en delar av de infraröda och ultravioletta delarna av spektrumet.

De fyra VLT

De fyra VLT- -teleskopen p teleskopen på å Mount

Mount Paranal Paranal i Chile i Chile

Optiska teleskop Optiska teleskop

Optiska teleskop st

Optiska teleskop stääller hller hööga krav pga krav påå observationsorten. Man str

observationsorten. Man sträävar efter att placera var efter att placera teleskopen:

teleskopen:

1) p

1) pååhöhög hg hööjd, jd, 2) p

2) pååtorra platser, torra platser, 3) l

3) låångt frngt fråån stn stöörande stadsljus.rande stadsljus.

Vanligaste

Vanligaste teleskoptypenteleskoptypen::

Reflektorteleskop (spegelteleskop). De kan g Reflektorteleskop (spegelteleskop). De kan gööras ras stora samt utnyttjar

stora samt utnyttjar aktivaktiv((äändrar spegelns form) ndrar spegelns form) s

sååvvääl som l som adaptivadaptiv(korrigerar f(korrigerar föör atmosfr atmosfäärisk risk turbulens) optik f

turbulens) optik föör att fr att föörbrbäättra bildkvaliteten.ttra bildkvaliteten.

Exempel p

Exempel på å optiska, optiska, markbaserade teleskop markbaserade teleskop

GranTeCan GranTeCan 10.4 m (La Palma) 10.4 m (La Palma)

Very Very Large Large Telescope Telescope 4 x 8.2 m (Chile) 4 x 8.2 m (Chile)

Keck Keck 10 m (Hawaii) 10 m (Hawaii)

Subaru 8.2 m (Hawaii) Subaru 8.2 m (Hawaii)

Gemini 2 x 8.1 m (Hawaii + Chile) Gemini 2 x 8.1 m (Hawaii + Chile)

Nordic Optical Nordic Optical Telescope Telescope 2.5 m (La Palma) 2.5 m (La Palma)

AlbaNova AlbaNova Telescope Telescope 1.0 m (Stockholm) 1.0 m (Stockholm)

Westerlund Telescope Westerlund Telescope 0.9 m (Uppsala) 0.9 m (Uppsala)

Umevatoriet Umevatoriet 0.35 m (Umeå 0.35 m (Ume å) )

Repetition:

Repetition: Vinkelm Vinkelmå ått tt

Ett Ett varv varv runt runt himlen himlen: 360 : 360

Varje Varje grad grad best bestå år r av av 60´ 60 ´ ( (b bå ågminuter gminuter) )

Varje Varje b bå ågminut gminut best bestå år r av av 60 60´´ ´´

(

(b bå ågsekunder gsekunder) )

→→

Varje Varje grad = 3600 grad = 3600´´ ´´

Seeing Seeing

MåMåttttpåpåatmosfatmosfäärensrensinverkaninverkanppååastronomiskaastronomiska observationer

observationer. . MMääterterden den minstaminstaytanytansomsomlålåtertersigsig upplöupplösassas..

Allts Alltsåå::

HöHöggseeing: seeing: DDååligligupplupplöösningsning

LåLåggseeing: Bra upplseeing: Bra upplöösningsning Professionella

Professionellaoptiskaoptiskateleskopteleskoppåpåjordytanjordytannnåårrsomsom typiskt

typiskten seeing aven seeing av0.7—0.7—0.80.8””ochochsomsombbääststca ca 0.2—0.2—0.30.3””

Typisk

Typiskseeing i Stockholm: 2seeing i Stockholm: 2--33””, , somsombäbäststca 1”ca 1”

Bildf

Bildfö örb rbä ättring genom adaptiv optik ttring genom adaptiv optik ^{Ett av VLT} Ett av VLT- -teleskopen, teleskopen, spegeldiameter: 8,2m spegeldiameter: 8,2m

Reflektor

Reflektor- - och och refraktorteleskop refraktorteleskop

Refraktorteleskop: Refraktorteleskop : Linsteleskop Linsteleskop

PrincipenPrincipenbakombakomen en vanligvanligkikarekikare

GåGårrinteinteattattgögörarassäärskiltrskiltstorastora

Reflektorteleskop: Reflektorteleskop : Spegelteleskop Spegelteleskop

Okular

Objektiv

Primärspegel Sekundärspegel

Fokusering av ljus Fokusering av ljus

a) Prima) Primäärfokus (kortast mrfokus (kortast mööjliga brjliga bräännvidd fnnvidd föör r mycket ljussvaga objekt)

mycket ljussvaga objekt) b)

b) CassegrainfokusCassegrainfokus(mest vanlig ty mest (mest vanlig ty mest praktisk)

praktisk) c)

c) CoudCoudééfokusfokus(bra fö(bra för vissa spektrografer)r vissa spektrografer)

Spektrograf i

Spektrograf i Cassegrainfokus Cassegrainfokus Storleken har betydelse! Storleken har betydelse!

F

Fö örstoringen hos ett teleskop rstoringen hos ett teleskop ä är inte det r inte det viktigaste utan

viktigaste utan den fotonuppf den fotonuppfå ångande ytan ngande ytan! ! Fotoner = ljuspartiklar

Fotoner = ljuspartiklar Ju fler fotoner vi kan f

Ju fler fotoner vi kan få ånga in desto l nga in desto lä ängre ngre ut i universum (och l

ut i universum (och lä ängre tillbaka i tiden) ngre tillbaka i tiden) ser vi.

ser vi.

Samma f

Samma fö örstoring, samma exponeringstid rstoring, samma exponeringstid men olika spegeldiametrar

men olika spegeldiametrar CCD- CCD -chipen som fotonsamlare chipen som fotonsamlare

1) 1) Stor kStor käänslighet, nslighet, >>90% av fotonerna registreras.90% av fotonerna registreras.

2) Stort dynamiskt omf

2) Stort dynamiskt omfåång (sng (sååvvääl ljusa som ljussvaga l ljusa som ljussvaga detaljer synliga).

detaljer synliga).

3) Linj

3) Linjäär (intensiteten proportionell mot laddningen i r (intensiteten proportionell mot laddningen i en punkt, d.v.s. en pixel,

en punkt, d.v.s. en pixel, picturepictureelement).element).

Atmosf

Atmosfä äriska f riska fö önster nster

Atmosf

Atmosfä ärisk risk extinktion extinktion

Jorden

Hög extinktion

Låg extinktion

Varf

Varfö ör rymdteleskop? r rymdteleskop?

Atmosfä Atmosf ären f ren fö örs rsä ämrar bildkvaliteten ( mrar bildkvaliteten (seeing seeing) )

Atmosfä Atmosf ären blockerar str ren blockerar strå ålning ( lning (extinktion extinktion) )

Speciellt vid gamma-Speciellt vid gamma-, r, rööntgen och ultravioletta ntgen och ultravioletta våvåglgläängder, men ngder, men ääven vid vissa infrarven vid vissa infrarööda da våvåglgläängderngder

Vid vissa vå Vid vissa v ågl glä ängder ngder ä är atmosf r atmosfä ären i sig ren i sig mycket ljusstark (exempelvis i infrar mycket ljusstark (exempelvis i infrarö ött) tt)

Hubbleteleskopet (HST), spegeldiameter Hubbleteleskopet (HST), spegeldiameter

2,5m

2,5m

Nå N ågra teleskop i rymden gra teleskop i rymden

Exempel p

Exempel påånuvarande rymdteleskop:nuvarande rymdteleskop:

HSTHST(Hubble Space Telescope(Hubble Space Telescope): Ultraviolett,): Ultraviolett, visuellt,

visuellt, nnäärara--infrarinfraröötttt Spitzer

SpitzerSpace Space TelescopeTelescope: Infrar: Infraröötttt GALEX: Ultraviolett

GALEX: Ultraviolett

XMMXMM--NewtonNewton, Chandra:, Chandra:RöRöntgenntgen WMAP

WMAP: Radio: Radio Fermi Fermi: Gamma: Gamma

Exempel p

Exempel pååframtida rymdteleskop:framtida rymdteleskop:

Herschel

Herschel::InfrarInfraröött (2009)tt (2009) James Webb Space

James Webb Space TelescopeTelescope::InfrarInfraröött (2013)tt (2013) VSOP

VSOP--2:2:Radio (2013)Radio (2013)

Andra l

Andra l ösningar: ö sningar:

flygplan och ballonger flygplan och ballonger

Boomerang (radio) Sofia (infrarött)

Galaxen M81

Galaxen M81 – – vid olika vå vid olika v ågl glä ängder ngder

Röntgen UV Optiskt

Kortvågigt IR Långvågigt IR

Radioteleskop Radioteleskop

Vinkeluppl

Vinkelupplö ösningen, sningen,

(b (bö ör vara s r vara så å liten som liten som m mö öjligt): jligt):

d

dä är r

ä är v r vå ågl glä ängden och D ngden och D ä är diskens diameter, r diskens diameter, b bå åda givna i enheten m. da givna i enheten m.

ges i ges i b bå ågsekunder gsekunder. .

D α = ^{2 , 5 × 10}

λ

Arecibo

Arecibo- -teleskopet teleskopet, Puerto Rico , Puerto Rico Radioteleskop forts. Radioteleskop forts.

VLBI (

VLBI (Very Very Large Large Baseline Baseline Interferometry Interferometry): ):

Sammakoppling

Sammakoppling av radioteleskop p av radioteleskop på å stora avst stora avstå ånd. nd.

Ger vinkeluppl

Ger vinkelupplö ösningar p sningar på å

0."001 d.v.s. ungefä 0."001 d.v.s. ungef är r 100 ggr b

100 ggr bä ättre ttre ä än moderna jordbaserade, optiska n moderna jordbaserade, optiska teleskop.

teleskop.

Infrar

Infrarö öda teleskop I da teleskop I

Golv, synligt ljus Golv, infrarött ljus

Infrar

Infrarö öda teleskop II da teleskop II

Problem (vid vissa IR

Problem (vid vissa IR--vvååglgläängder):ngder):

Himlen ljusstark Himlen ljusstark ääven nattetidven nattetid

Teleskopet utsTeleskopet utsäänder sjnder sjäälv vlv väärmestrrmestråålninglning

LLöösningar:sningar:

Kyl ned instrumentetKyl ned instrumentet

GGöör observationerna pr observationerna pååen kall plats med kall, en kall plats med kall, klar luft (ex. sydpolen) eller fr

klar luft (ex. sydpolen) eller fråån rymdenn rymden

Ultravioletta teleskop Ultravioletta teleskop

Atmosf

Atmosfä ären ogenomskinlig ren ogenomskinlig

Satelliter eller raketer n

Satelliter eller raketer nö ödv dvä ändiga ndiga

R Rö öntgen ntgen- - och gammateleskop och gammateleskop

Himlens ogenomskinlig →Satelliter eller raketer krävs Röntgen- och gammastrålning passerar rakt igenom optiska speglar →Avancerad optik krävs

Trattformad spegel i röntgenteleskop

Neutrinoteleskop Neutrinoteleskop

Sudbury Neutrino Telescope (Ontario)

Infångar inte ljus, utan neutrinos/neutriner

Neutrinoteleskop II Neutrinoteleskop II

IceCube (Sydpolen) Förhoppningsvis klart 2011