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Augusto Damineli - IAGUSP
Ferramentas do Astrônomo
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Magnitude = -2.5 log (fluxo) + Cte
Magnitude = -2.5 log (L/4πd2) + Cte
Cte => Vega tem magnitude zero
Razão fluxos = 100 => ∆m = 5
Astro………………… mV
Sol…………………… -27
Lua cheia…………… -12
Sirius………………... -1.5
Limite olho…………... ~6
Limite telescópios…… ~28
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Luminosidade = potência = energia/tempo (J/s ou Watt)
Fluxo = potência/área (J/s/m2)
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Q.: Qual seria a magnitude aparente do Sol, se eleestivesse à distância de Alfa Centauri?
Q.: Qual a magnitude que o Sol teria se fosse colocado a uma distância de 10 pc? (essa é a chamada magnitude absoluta 1pc=3.26 anos-luz)
Astro MV L/Lsol
Sol +4.82 1
Sirius +1.45 22
Sirius B +11.5 1/450
η Car -10.8 5 x106
Supernova Ia -20 1010
Andrômeda -22 1011
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Atmosfera terrestre
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OlhoOlho HumanoHumano
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FormaFormaççãoão de de imagemimagem
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Esquema de um telescópio
…………..Optico Rádio
Coletor espelho antena
Analisador filtros guias de onda
Detetor CCD bolômetro
Processador computador computador
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Telescópios (reftratores e refletores)
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Poder coletor α D2
Olho humano = 0.5 cm => 1x Luneta Galileu = 10 cm => 400 x HST (Hubble) = 2.5 m => 250 mil x Telescópio Keck = 10 m => 4 milhões x Telescópio ELT = 100 m => 400 milhões x
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Poder resolvente = 0”.25 λ(µm)/D(m)
Disco Disco de de AiryAiry
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Poder resolvente = 0”.25 λ(µm)/D(m)
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Point Spread Function - PSF
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Poder resolvente = 0”.25 λ(µm)/D(m)
Luz visível = 0.5 µm
Olho humano = 0.5 cm => 120” (real) Luneta Galileu = 10 cm => ~1”HST (Hubble) = 2.5m => 0”.05
Q.: qual o poder de resolução necessário paradisgtinguir um homem na Lua?
A resolução a partir do solo é limitada pela atmosfera celeste. Ela também pode ser limitada pela escala de pixel do detector.
Q.: Comparar o poder de resolução do Keck (D=10m), operando na faixa óptica, como o Arecibo (D=300m), operando na faixa métrica
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Distância focal
F
F
Razão focal = F/D se escreve f/#Q. Como o brilho da imagem varia com a razão focal? (brilho α 1/A = 1/(f#)2)
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Escala de placa ou de imagem
tg θ= d/F θ(rad)~d/F
1rad = 206265 segundos
s = 206 265/Dxf/# (“/mm)
Q.: Qual o tamanho da imagem da Lua no plano focal de um telescópio f/11 com diâmetro 36 cm?
S=52”/mm => diâmetro = 35 mm
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DetetoresEscala de pixel: “/pixel
CCD: charge coupled device –matriz de estado sólido
Q. No caso do telescópio anterior, quala escala de pixel, para um detetor com pixels de 9 µm? R.: 0.47”/pixel
Amostragem ótima (2 pixels) paraum seeing de 2x0.47 ~0.9”
Redutor focal f/5.5 permitiria umaamostragem ótima para seeing 1.8”e campos de imagem 2X maiores
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olho humano
DetetoresEficiência quântica
CCD
fotografia
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Aumento = Fobjetiva/focular
Q.: um telescópio tem F = 8m qual o f de umaocular para obter um aumento de 100 vezes?
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Foco Cassegrain
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Focos de telescópios
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Telescópio de 1,6-m do Pico dos Dias, com montagemequatorial e instrumento no foco Cassegrain.
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Caminho da Luz através do Telescópio
espelho primário
espelho secundário
foco
Peso 380 toneladas
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Radiotelescópios
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PadrãoPadrão de de antenaantena
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Arecibo – 300 m - multiespelhos
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Mapa de emissão rádio
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InterferometriaInterferometria rráádiodio
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InterferometriaInterferometria
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VLA
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ALMA
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ALMA
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Radiotelescópio ALMA (Atacama, Ch.). 64 antenas de 12m. Montagem altazimutal e focos primário e Cassegrain.
Faixa espectral 10mm a 350 µm.
distâncias de 150m a 10 Km. Resolução espacial de 0.010“ e espectral v=50 m/s
Q. Calcule a resolução espacial do ALMA, usando apenasuma antena e operando na faixa de 10mm.
Q. Calcule como acima, mas usando a) duas antenas a 10 Km uma da outra e b) entre o ALMA e um outroradiotelescópio a 10 000 Km de distância.
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InterferometriaInterferometria óópticaptica
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PoluiPoluiççãoão luminosaluminosa
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Colaborando na Terra ...
Construção: 184M$ Operação: 40K$/noite
EUA 50.12%
UK 23.81%
Canadá 15.00%
Argentina 2.38%
Brasil 2.5%
Austrália 6.19%
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... Para AmpliarHorizontes no Céu
Gemini Norte
GeminiSul
Acesso ao céu de um pólo a outro
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Gemini NorteMauna Kea, Havaí
• Explora condiçõesinfravermelhassoberbas
• Numa comunidadede alto nível
• Operações científicas: início em Julho/2000
Altitude 4220 m
Gemini 8m
10m 10m
Keck I e II
8m
Subaru
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Gemini Norte - Havaí
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Gemini SulCerro Pachón, Chile
Entre os melhores sítios astronômicos do Hemisfério SulExpressiva comunidade astronômica localOperações científicas em Janeiro/2001Altitude 2750 m
Diversos telescópios de grande porte na região
Las Campanas
Pachon
La SillaCTIO
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Gemini Sul e SOAR –Cerro Pachón – Ch - 2700m
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Blanco – 4m- Cerro Tololo
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Cerro Tololo
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Evolução dos Telescópiosde solo em 400 anos
A área coletora cresceu de um fator 250 milO custo/área caiu de um fator 1 milhão desde GalileuDesde Galileu, a resolução angular era limitada pela atmosfera
Galileu
1600 1700 1800 1900 2000
10 -6
10 -5
10 -4
10 -3
10 -2
10 -1
10 0
Custo por m2 de área coletoraC
usto
rela
tivo/
m2
Ano
1
1/1000
1/1000 000
Acabamos de entrar na era do subsegundo de arco
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Conceito de Cúpula:controle térmico
50% da degradação da imagem vem de dentro da cúpulaAberturas de ventilação para controle térmico
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Espelho Primário:peça chave do telescópio
Diâmetro: 8.1 mcapta tanta luz quanto 2.5 milhões de olhos humanos
Espessura: 20 cm para troca de calor rápida com o ar
Peso: 23 tons
Rugosidade:16nm = λ/4016 milionesimos mm
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Espelho Primário:qualidade da superfície
6 mm6 mm
Espelho Primário
Ampliando o espelho ao tamanho do Brasil, a rugosidade seria 6 mm
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Óptica Ativa:para manter a figura do espelho
120 atuadores compensam as deformações causadas por vento ou pesocorrigindo a forma do espelho em 1/10 000 da espessura de um fio de cabelo
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Telescópios órbita x solo
Imagem limitada pela: optica X atmosfera
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Óptica Adaptativa:alisando as ondas luminosas
luz do
ast
ro espelhoauxiliar
sensor de frente de onda atuadores moldam
o espelho terciário
ondacorrigida
imagemnítida
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Seeing
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A razão de Strehl
S = P(0)/P0(0)
S: razão de Strehl
P(0): pico da PSF P0(0): pico da função de Airy
Strehl < 1
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Optica Adaptativa:revelando detalhes
Núcleo da galáxia NGC4621 com resolução de 1”Mesma imagem com 0.1” mostrando um buraco negro
Imagem normal com telescópio de solo
Depois de aplicar
óptica adaptativa
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Em 2003, estrela de laser para mapear as irregularidades atmosféricas
Las e
r de
sódi
o
Óptica Adaptativaguiada a laser
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Gemini: Oportunidades científicasSolo X Espaço
HST NGST (2012)
HST: melhor imagem no optico e UV Gemini: melhor no MIR e FIR NGST: melhor que o gemini no NIR (imagem) e MIR (fundo térmico)
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I.V. médio (MSX)
Mapa da Via Láctea na faixa do visívelInteresse do Infravermelho
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Gemini: Futuro
2012: início da era ELT: extremely large telescopesD~40-100m, >1000 espelhos, >500mil atuadores, resolução ~0.001”Cooperativas de 10-20 países – Gemini experiência piloto
OWL