1

Astronomija i astrofizika ITeleskopi i detektori

Tomislav JurkiDepartment of Physics

University of Rijeka, Croatia

2

Teleskopi

1. Refraktori (objektiv je lea)

2. Reflektori (objektiv je ogledalo)

3. Katadioptri (kombinacija lea i ogledala)

1608. Nizozemska Hans Lippershey &

Zacharias Janssen (Middelburg), Jacob

Metius (Alkmaar) refraktor

Teleskop, gr., tele daleko,

skopein vidjeti -> Giovanni

Demisiani 1611.

Galileo Galilei:-Heliocentriki sustav

-Krateri na Mjesecu

-Mlijeni put

-Faze Venere-Suneve pjege

-Jupiterovi sateliti

Teleskop, gr., tele daleko,

skopein vidjeti -> Giovanni

Demisiani 1611.

1668. V. Britanija Isaac Newton

reflektor

1733. akromatska lea

1857. posrebrivanje ogledala

1937. aluminizacija ogledala

KEPLEROV (ASTRONOMSKI) TELESKOP

l = fo + fe

Objektiv konveksna lea

Okular konveksna lea

Obrnuta slika

Veliko vidno polje

Dobar kontrast

Kromatska i sferna aberacija zahtjeva veliki f-omjer

3

KEPLEROV (ASTRONOMSKI) TELESKOPYERKES (102 cm)

LICK Obs. (91 cm)GALILEJEV TELESKOP

l = fo - fe

Objektiv konveksna lea

Okular konkavna lea

Uspravna slika

Malo vidno polje

Slab kontrast

Kromatska i sferna aberacija zahtjeva veliki f-omjer

4

ReflektorObjektiv je OGLEDALO, a okular je LEA

NEWTONOV TELESKOP

Reflektor

Nema kromatske aberacije (nema lea)

Sferna aberacija parabolino zrcalo

Mali f-omjer kompaktan, kratki teleskop

Veliko vidno polje

Objektiv je OGLEDALO, a okular je LEA

NEWTONOV TELESKOP

Kutno poveanje

y = F tan

y = F

-Veliina slike y je konana za mali kut ako je F

objektiva dovoljno velik

-Slika je vea ukoliko je F objektiva vei

ogranienje na poveanje i razluivanje

Kutno poveanje refraktora

-Poveanje vidnog kuta M = / = fobjektiv/fokular- M od 200-300 je maksimalan, vie nema smisla zbog seeinga

- Poveanje ima smisla samo za proirene, razluene objekte

- Poveanje raste kada raste arina duljina objektiva fobjektiv- Poveanjem arine duljina fobjektiv smanjuje se svjetlosna mo J

teleskopa, to se kompenzira poveanjem otvora objektiva D

- Poveanje otvora objektiva je ogranieno tehnikim problemima

(deformacija lee uslijed teine, lea mora biti savreno bruena s

preciznou reda /20

5

Kutno poveanje

y = F tan

y = F

-Veliina slike y je konana za mali kut ako je F

objektiva dovoljno velik

-Slika je vea ukoliko je F objektiva vei

ogranienje na poveanje i razluivanje

Vidno polje

- Vidno polje odreeno promjerom objektiva i

arinom duljinom

- Izlazna pupila je veliine zjenice oka (7-8 mm)

Svjetlosna mo teleskopa

- Svjetlosna mo teleskopa iluminacija J (mjera za prihvaenu

zraenu energiju) koliina svjetlosne energije u sekundi koja je

fokusirana na jedininu povrinu slike

- vei promjer objektiva (D) vee razluivanje, vea iluminacija

(svjetlosna mo)

- vea arina duljina f vea slika, manja svjetlosna mo

(iluminacija)

- za F = const. porastom otvora objektiva (D) pada arina

udaljenost f J = const.

Ozraenost detektora

- JD ozraenost detektora

- koliina svjetlosne energije koja u sekundi upadne na

povrinu detektora

- Adetektor povrina detektora (okomito postavljena na optiku

os)

- JD karakteristian za zvijezdu i isti svuda na Zemlji

- Mijenja se = Adetektor JD, koliina svjetlosne energije raste ako povrina detektora Adetektor raste

Radijancija (ozraenost) slike

- Aslike povrina slike

- d prostorni kut protegnut od slike prema objektivu

6

Mo razluivanja

KONSTRUKTIVNA DESTRUKTIVNA

INTERFERENCIJA INTERFERENCIJA

Mo razluivanja

-Razluivanje ne ovisi iskljuivo o poveanju veliini

slike, odnosno arinoj duljini objektiva F

-Razluivanje je ogranieno ogibom zraka svjetlosti na

objektivu teleskopa

Difrakcija na krunom otvoru

teleskopa

Airyjev disk George Airy

(1835.)

7

Mo razluivanja

Rayleighev kriterij

Seeing

Ogranienje na kutno razluivanje:

1. Promjer otvora objektiva vei otvor objektiva D, vee

razluivanje

2. Seeing

Turbulentna gibanja u Zemljinoj atmosferi lokalne

promjene u temperaturi razliitih slojeva atmosfere uzrokuju

promjene gustoe, gibanje masa razliitih temperatura

takoer mijenja gustou

Promjena gustoe slojeva u atmosferi djeluje poput lee s

razliitim indeksima loma

Promjene gustoe su nasumine, pa tako i promjene

indeksa loma rezultat je razmazana, nejasna slika

Seeing

Turbulentna priroda atmosfere uzrokuje slabije razluivanje i

loiju slike bez obzira na veliinu i kvalitetu teleskopa

Seeing kvaliteta slike zvjezdanog tokastog izvora na odreenoj lokaciji u odreeno vrijeme

Najbolje lokacije suha klima, bez vlage u zraku, velika

visina

1. Havaji (5000 m n.v.) Mauna Kea razluivanje reda

0.5 do 0.6 u 50% vremena, maksimalno 0.25

2. ile VLT, Cerro Tololo Inter-American Observatory

3. Arizona Kitt Peak National OBservatory

Seeing

Havaji (5000 m n.v.) Mauna Kea razluivanje reda 0.5 do 0.6 u 50% vremena, maksimalno 0.25

8

Seeing

ile VLT, Cerro Tololo Inter-American Observatory

Seeing

Arizona Kitt Peak National OBservatory

Sferna aberacija Sferne povrine: i ogledala i lee!

Monokromatski karakter

Zrake paralelne s optikom osi ali na razliitim udaljenostima od nje,

razliito se lome/reflektiraju i nemaju zajedniki fokus!

Slika je zamuena

Sferna aberacija

Korekcija:

Sferni dublet koritenje dviju lea (bikonveksna + plankonkavna

lea) izraene od razliitih materijala

Sferne lee minimizacija aberacije odabirom najpovoljnije

zakrivljenosti sferne povrine

9

Kromatska aberacija

Indeks loma stakla funkcija je valne duljine: n = f ()

Svjetlost razliitih valnih duljina ima razliite indekse loma, pa

se stoga i razliito lomi kroz staklo

Svjetlost razliitih valnih duljina zbog ovisnosti indeksa loma o

valnoj duljini fokusirat e se u razliitim tokama

Kromatska aberacija ovisit e o disperziji stakla vrsta stakla je

vana!

Kromatska aberacija je prisutna samo kod lea, ne i kod zrcala!

Kromatska aberacija

Korekcija:

Koristi se teleskop reflektor umjesto refraktor

Akromatski dublet lea dvije lee razliitih indeksa loma

spojene u dublet

Apokromatske lee sloen sustav od vie akromatskih lea

Difrakcijski optiki elementi komplementarne disperzijske

karakteristike leama

Kromatska aberacija Koma Vrsta aberacije uzrokovana nesavrenou lea i/ili optikog

sustava

Javlja se kod parabolinih zrcala

Kada je zrake svjetlosti s izvora padaju na leu/zrcalo pod nekim

kutem (van optike osi), razliiti dijelovi lee/zrcala imaju razliit

fokus te fokusiraju predmet u razliitim tokama

Javlja se distorzija

slike predmeta u obliku

kome

to je izvor vie van

osi, efekt je izraeniji

iako je fokus u optikoj

osi savren

10

Koma

Korekcija:

Korektivne ploe Schmidt

optiki sustav

Povrina lea se tako oblikuje da

korigira komu

Aplanatske lee/zrcala

eliminarana koma i sferna aberacija

Astigmatizam

Optiki sustav ima dvije meusobno okomite ravnine

tangencijalnu i radijalnu

Realne lee imaju razliitu zakrivljenost u razliitim

smjerovima-optikim ravninama

Poloaj fokusa u tangencijalnoj i radijalnoj optikoj ravnini

je razliit-slika je deformirana

Astigmatizam Distorzija

Nije uzrokovana nesavrenou lee, ve konanim

dimenzijama/debljinom i geometrijom lee

debela bikonveksna lea zbog geometrije povrine

uzrokuje distorziju slike

Korekcija:

Simetrini dubleti (ortoskopski dublet)

11

Distorzija Zakrivljenost polja

Zakrivljenost polja uzrokuje da slika planarnog objekta

postane zakrivljena

Uzrok je u veoj svjetlosnoj moi za zrake koje padaju na

leu pod velikim kutem arine duljine

Takve zrake koje padaju pod veim kutem vide leu

manjeg promjera i vee svjetlosne snage, zbog ega slika

nastaje van osi blie lei

NEWTONPRIMARNI

FOKUS

CASSEGRAIN COUDE

12

Katadioptri

Sferne povrine

Veliki fokusi i f-omjeri,

kompaktni dizajn

Kontrola aberacije (koma,

sferna aberacija i

astigmatizam)

OGLEDALO + LEE

SCHMIDT-

CASSEGRAIN

MAKSUTOV-CASSEGRAIN

Arecibo Observatory Puerto Rico

Radio astronomija

Centaurus A

Radio astronomija

Cygnus A

Radio astronomija

13

Radio interferometrija

VLA Very Large Array New Mexico, USA

Radio astronomija

ALMA Atacama Large Milimeter/Submilimeter

Array pustinja Atacama, Chile

Radio astronomijaCARMA Cedar Flat, Sierra Nevada, SAD

Radio astronomija

LOFAR Low Frequency

Array Evropa

14

Aktivna optikaWilliam Herchel Telescope La Palma, panjolska

Aktivna optika

Aktivna optika

15

Infracrvena astronomija

IRAS Infrared

Astronomical Satelite(1983)

12-100 mikrona

0.6 m teleskop