![Page 1: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/1.jpg)
INSTRUMENTACIÓNASTRONÓMICA
Raúl Sevilla GonzálezTécnicas Experimentales IV: Astrofísica
Febrero 2006
![Page 2: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/2.jpg)
Resumen
• Introducción
• Telescopios
• Detectores
• Filtros
• Parámetros de un telescopio• Clases de telescopios• Monturas• Radiotelescopios y satélites
• Cámaras CCD (fotometría)• Espectrógrafos (Espectoscopía)
• Sistema de filtros de Johnson
![Page 3: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/3.jpg)
Introducción
Objetivo: analizar la información que recibimos de diversas fuentes celestes a partir de la luz que recibimos
Resolución:
• Espectral: distinguir fotones de distinta frecuencia.
• Espacial: distinguir fotones provenientes de diferentes puntos del espacio
• Temporal: distinguir fotones que llegan en diferentes momentos
![Page 4: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/4.jpg)
TELESCOPIOS
![Page 5: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/5.jpg)
Sistemas ópticos
f
Eje óptico
Distancia focal
Objetivo
FocoOcular
Distancia ocular
![Page 6: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/6.jpg)
Sistemas ópticos
![Page 7: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/7.jpg)
Parámetros de un telescopio• Resolución: detalles => ángulos
– Difracción: R = 1.22 λ/D ~ 0.02”– Atmósfera: R ~ 1” (seeing)
• Sensibilidad: capacidad colectora– C = πD2/4
• Relación focal– D / F = ratio f/ratio
• Magnitud límite– mlim = 16 + 5 log D(m)
• Aumentos ≠ Resolución– G = Ftelescopio / focular
![Page 8: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/8.jpg)
Resolución: ejemplo
Baja resolución Alta resolución
![Page 9: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/9.jpg)
Sensibilidad: ejemplo
Pequeño diámetro Gran diámetro
![Page 10: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/10.jpg)
Clases de telescopios
• Refractor:– Alineamiento estable
– Poco mantenimiento
– Robustos frente a corrientes de aire y temperatura
• Reflector:– No sufren de aberración
cromática
– Mayor sujección del espejo, mayor tamaño
– Más baratos de construir
• Refractor:– Sufren de aberración cromática
– Dificil de construir la lente sin imperfecciones
– Muy pesados
• Reflector:– Se desalinea fácilmente
– Necesita más mantenimiento
Ventajas Inconvenientes
![Page 11: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/11.jpg)
Reflectores: tipos
• Foco (espejos)- Primario- Newton- Cassegrain- Coudé, Nasmyth- Schmidt-Cassegrain
• Tubo- Abierto- Cerrado
![Page 12: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/12.jpg)
Mayor refractor astronómico
• Yerkes, Chicago
• D = 1 m– Límite tecnológico
• F = 19.5 m– Grandes flexiones
25 m
1m
![Page 13: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/13.jpg)
Mayor reflector astronómico
• Keck, Mauna Kea, Hawaii
• D = 10 m• F = 150 - 250 m
– Interferometría– Espejo teselado– Óptica adaptativa
![Page 14: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/14.jpg)
Espejos teselados: GTC
![Page 15: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/15.jpg)
Monturas
• Soporta el sistema óptico
• Absorbe vibraciones
• Giro en dos ejes perpendiculares
• Apuntado preciso
• Motores => seguimiento
![Page 16: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/16.jpg)
Montura altacimutal
• Ejes: altura y azimut
• Muy estable => grandes telescopios
• Seguimiento: computadora y dos motores
![Page 17: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/17.jpg)
DeclinaciónPN
Polar
Montura ecuatorial
• Ejes: Ascensión recta (polar) y declinación
• Más compleja y voluminosa
• Seguimiento: eje de AR con velocidad fija
![Page 18: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/18.jpg)
Telescopio Celestron 11”
• Schmidt-Cassegrain• Diámetro: 28 cm• Focal: 280 cm• Razón focal: f/10• Montura: ecuatorial• Alineamiento manual
con la polar
![Page 19: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/19.jpg)
Telescopio Meade 12”
• Schmidt-Cassegrain• Diámetro: 31 cm• Focal: 305 cm• Razón focal: f/10• Montura: altazimutal• GPS => alineamiento
automático
![Page 20: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/20.jpg)
Telescopio Jerónimo Muñoz
• Estructura abierta• Diámetro: 51 cm• Foco Newton: f/5• Foco Coudé: f/22• Montura: ecuatorial• Actualmente en
reparación
![Page 21: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/21.jpg)
Radiotelescopios
![Page 22: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/22.jpg)
RadiotelescopiosUn fotón λ no puede “atravesar” una superficie cuya distancia característica sea mucho menor que λ
En óptico, los fotones SÍ atraviesan la antena
En radio, se reflejan
![Page 23: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/23.jpg)
Radiotelescopios
Antena parabólica
Detector
Receptor
![Page 24: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/24.jpg)
Satélites
![Page 25: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/25.jpg)
Seeing
![Page 26: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/26.jpg)
Seeing: ejemplo
![Page 27: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/27.jpg)
DETECTORES
![Page 28: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/28.jpg)
Parámetros fundamentales
• Sensibilidad
• Eficiencia cuántica
• Ganancia
• Ruido
llegadohan que fotones#
detectados fotones#QE
medida de la calidad de la medida
g = factor de amplificación de la señal
Capacidad de medir objetos muy débiles
![Page 29: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/29.jpg)
Parámetros fundamentales
• Linealidad
• Rango dinámico
doble # fotones doble señal de salida
rango de frecuencias en el que puedo utilizar el detector
![Page 30: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/30.jpg)
Cámaras CCD
• CCD: Charged Coupled Device• Matriz de fotodiodos de silicio (pixeles: 4000 x 4000)• Fotoexcitación: ħω e- + h +
– Se almacenan los fotoelectrones
• 3 electrodos por pixel• Eficiencia cuántica 80 %• Alto rango de linealidad• Campo pequeño, se suelen poner en mosaicos
![Page 31: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/31.jpg)
Pixel
![Page 32: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/32.jpg)
Transferencia de carga
![Page 33: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/33.jpg)
Lectura de CCD
• Transferencia de carga por columnas
• Conversión digital de la señal:
- Analog to Digital Units (ADU = cuentas)
- Conversor A/D 16 bits NADU [0, 65535]
- Introduce BIAS para evitar NADU < 0
- Amplifica la señal eléctrica, Ganancia
- Introduce un ruido de lectura
NADU=Ne/g + bias
![Page 34: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/34.jpg)
Correciones de CCD
• Señal base Bias• Corriente de oscuridad DARK• Diferencia espacial de sensibilidad FLAT FIELD• Defectos cosméticos (pixeles calientes, fríos, …)• Inhomogeneidad de enfriamiento Viñeteo (FF)• Rayos cósmicos• Desbordamiento de carga Blooming• Tensiones del telescopio Fringing
![Page 35: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/35.jpg)
Correccion de CCD
Imagen obtenida Dark
Flat Field Imagen corregida
![Page 36: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/36.jpg)
Correción de CCD: Viñeteo y Fringing
Flat Field
![Page 37: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/37.jpg)
Límites de operación
• Capacidad de carga por pozo (Ne-) limitada
– Saturación del pozo: llenado hasta el máximo
– Desbordamiento de carga a píxeles vecinos
• Conversor A/D tiene un máximo valor de salida– Saturación del conversor: píxeles con valor máximo de ADUs
(e.g. 65535)
• Posible régimen no lineal con carga elevada– La situación más desfavorable
![Page 38: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/38.jpg)
CCD SBIG ST-8XE
• Chip Kodak de 1530 × 1020 píxeles de 9 μm
• Criostato: efecto Peltier, ΔT = -20 ºC
• Ruido de lectura: 15 e-
• Ruido térmico: 60 e-/minuto (T = 0ºC)
• Conversor A/D de 16 bits [0,65535]
• Antiblooming
• Lectura en pocos segundos y transferencia USB
![Page 39: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/39.jpg)
CCD SBIG ST-8XE
![Page 40: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/40.jpg)
ST-8XE: Eficiencia cuántica
![Page 41: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/41.jpg)
Espectrógrafos
Pretendemos hacer un estudio detallado de la luz en función de λ, no tan sólo cuantificar la luminosidad
Dispersión de la luz
Fuente
Detector
![Page 42: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/42.jpg)
Espectros
![Page 43: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/43.jpg)
Espectrógrafo SBIG SGS
![Page 44: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/44.jpg)
FILTROS
![Page 45: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/45.jpg)
Espectro electromagnético
![Page 46: INSTRUMENTACIÓN ASTRONÓMICA Raúl Sevilla González Técnicas Experimentales IV: Astrofísica Febrero 2006](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022051001/5665b4681a28abb57c914c0c/html5/thumbnails/46.jpg)
Sistema de filtros Johnson
U B
V RI
VIS