Что изучает оптическая астрономия

Что изучает оптическая астрономия

Традиционно методы О. а. делятся на фотометрические и спектральные, хотя зачастую они пересекаются и взаимно дополняют друг друга в зависимости от конкретно решаемой задачи. Особый раздел О. а. составляют интерферометрические методы получения высокого углового разрешения. Эффективность методов О. а. определяется в значительной степени совершенством приёмника излучения, стоящего на выходе фотометрического, спектрального или интерференционного прибора.

2. Фотометрические методы

Измерения потока излучения от небесных объектов ведётся в стандартных интервалах длин волн U, В, V, R, I и др. (см. Астрофотометрия ). Ими пользуются как в фотографич., так и в фотоэлектрич. фотометрии.

Выбранный для исследований спектр. диапазон в ФФ реализуется сочетанием фотоэмульсии определённой спектр. чувствительности с цветным стеклянным фильтром. Напр., полоса U реализуется сочетанием несенсибилизированной эмульсии с фильтром УФС-6.

В ФФ на крупных телескопах применяется т.н. кассета Ричи. Это устройство позволяет скомпенсировать ошибки слежения за звездой в течение длит. экспозиции, а также дрожание изображения звезды, возникающее из-за атмосферных помех.

На рис. 1 показаны осн. узлы оптич. схемы электрофотометра. Диафрагма необходима для выделения исследуемого объекта. Для измерения потоков излучения звёзд употребляется круглая диафрагма с диаметром, примерно в 5 раз превышающим диаметр изображения звезды. При меньших размерах диафрагмы смещение изображения звезды от центра из-за атмосферного дрожания или ошибок гидирования будет приводить к изменению потока от звезды и, следовательно, к ошибкам фотометрирования. При больших размерах диафрагмы поток от видимой части неба будет соизмерим с потоком от звезды, а для слабых звезд он будет больше потока от звезды, что также снижает точность фотометрирования. При исследованиях протяжённых объектов (галактик, туманностей и т.п.) иногда используют диафрагму в виде узкой щели, к-рая служит для сканирования исследуемого объекта.

Анализ спектрального распределения энергии в объекте производится при помощи сменных фильтров Ф. Спектральная полоса пропускания выделяется подбором стеклянных (широкополосных) или интерференционных (узкололосных) фильтров с учётом спектральной чувствительности фотокатода ФЭУ (см. Светофильтры ).

Электрофотометрия из всех методов О. а. (благодаря малому количеству элементов управления) лучше всего поддастся автоматизации. С усилителя ФЭУ информация о величине измеряемого потока поступает в ЭВМ, где проходит первичную обработку. ЭВМ управляет сменой фильтров, диафрагм, вводит эталонный источник света и т.п.

3. Спектральные методы

Спектроскопия даёт более обширную информацию о физ. состоянии объекта, чем фотометрия, но сам эксперимент при этом более трудоёмок, а достигнутая проницающая сила ниже.

Световая эффективность характеризует потери потока излучения от звезды, происходящие в оптич. системе прибора. Значение Е обратно пропорционально времени экспозиции, необходимому для регистрации непрерывного спектра данной звезды, и пропорционально предельной звёздной величине, достижимой с помощью данного спектрального прибора.

Световая эффективность спектрографа при условии, что уже достигнут предел разрешения, зависит прежде всего от соотношения размеров изображения звезды и ширины входной щели спектрографа h. Практический интерес представляют три случая.

1) Весь свет от звезды, собираемый телескопом, проходит через щель спектрографа. Этот случай эквивалентен бесщелевой спектроскопии, и световая эффективность определяется по ф-ле (7).

Из приведённых ф-л следует, что световая эффективность спектрографа определяется прежде всего качеством изображения, даваемого системой «атмосфера-телескоп» на входной щели спектрографа. Обычно для данного инструмента эта величина уже определена астроклиматом места установки инструмента и качеством оптики телескопа, поэтому единственный путь повышения световой эффективности состоит в увеличении светосилы камеры. Оптич. система «телескоп-спектрограф» эквивалентна телескопу с диаметром D и со светосилой, равной светосиле камеры спектрографа. Для достижения оптимальной световой эффективности (случай 1) разрешение приёмника изображения должно быть согласовано с размером изображения, даваемого оптич. системой телескопа. Для согласованного спектрографа светосила камеры
. (10)

При R = 0,02 мм и рад на телескопе с D = 6 м должен стоять спектрограф со светосилой камеры .

Для получения высокого спектрального разрешения эффективно используются интерферометры Фабри-Перо, к-рые в сочетании с кудэ-спектрографом [случай 3, ф-ла (9)] позволяют примерно в 30-40 раз расширить входную щель без ухудшения спектрального разрешения или в 30-40 раз улучшить спектральное разрешение, не уменьшая размера входной щели. спектрографа. Спектрометр такого типа работает в узком спектральном интервале, соизмеримом с шириной исследуемой линии, он находит широкое применение в задачах изучения межзвёздных линий поглощения и в магнитометрии небесных объектов.

4. Интерференционные методы

В 1970 г. А. Лабейри (Франция) предложил метод спекл-интерферометрии для измерения видимых диаметров звёзд. По своей простоте и оригинальности этот метод представляет собой один из самых значит, вкладов оптики в астрономию. Эта методика широко применяется на многих крупных телескопах с диаметром зеркала 4-6 м. Разрешение в этом случае теоретически ограничено лишь дифракцией света на апертуре телескопа и составляет .

В спекл-интерферометрии можно использовать два отдельно стоящих кудэ-телескопа T₁ и T₂, разнесённых на расстояние L, к-рым определяется разрешение интерферометра (рис. 3,в). При существующей технике возможно, по-видимому, достигнуть разрешения

5. Приёмники изображения

В последние годы новейшие приёмники изображения в О. а. всё больше используются в сочетании с вычислит. техникой к электронными методами обработки информации. Эта тенденция характерна как для совр. фотоэлектрич. систем телескопов с их сложной техникой регистрации и обработки информации в реальном времени (когда обработка сигнала ведётся одновременно с его регистрацией), так и для различных измерит. машин, служащих для обработки фотографич. и электроно-графич. снимков.

Совр. фотоэлектрич. приёмники изображения достигли практически предела чувствительности, обусловленного квантовой природой света. К лучшим приемникам такого типа относится система счёта фотонов в изображении (СФИ). В СФИ изображение с экрана 4-каскадного ЭОПа перебрасывается оптич. объективом на вход телевизионного приёмника. При этом регистрируется каждый фотоэлектрон, вылетевший из фотокатода первого каскада ЭОПа. Импульсы от каждого фотоэлектрона поступают в блок обработки сигнала, а затем в ЭВМ. Блок обработки сигнала позволяет: определить геометрич. центр каждой вспышки и исключить повторный счёт одной и той же вспышки; устранить шумовые импульсы с малой амплитудой, а также сильные импульсы от ионной обратной связи в ЭОПе; закодировать положение центрированных фотонных импульсов и ввести эти данные в соответствующую ячейку памяти ЭВМ.

Перспектива развития техники регистрации изображения связана не только с разработкой более эффективных приёмников света, но и с применением новых цифровых систем обработки и анализа данных.

Прогресс фотографич. методов регистрации в ближайшее время будет связан как с улучшением характеристик фотоэмульсии (чувствительности и др.), так и с применением автоматич. обработки огромного количества информации, фиксируемой астрономич. фотопластинкой.

6. Заключение

О. а. в связи с освоением практич. астрономией др. частотных диапазонов эл.-магн. излучения потеряла свою монополию в изучении космич. объектов, однако её роль в познании Вселенной отнюдь не уменьшилась. На земном шаре работают более 60 оптич. телескопов крупнее 1,5 м, из них 9 имеют диаметр главного зеркала больше 3 м. В ближайшие годы вступят в строй ещё неск. десятков крупных оптич. инструментов. Этот мощный арсенал астрономич. инструментов даёт значит. часть новой информации о небесных объектах, позволяет проникать всё дальше в глубины Вселенной.

Во многих областях оптич. методы приблизились к принципиальным ограничениям, связанным с квантовой природой света. Однако возможностей увеличения предельного разрешения и предельной проницающей силы оптич. инструментов много больше, чем их практически реализовано.

Лит.:
Мартынов Д. Я., Курс практической астрофизики, 3 изд., М., 1977; Методы астрономии, пер. с англ., М., 1967; Оптические телескопы будущего, пер. с англ., М., 1981; Франсон М., Оптика спеклов, пер. с франц., М., 1980.

Источник

Оптическая астрономия

Оптическая астрономия — раздел наблюдательной астрономии, инструментами которой являются телескопы, способные принимать видимый свет (оптические телескопы). Наблюдения включают в себя несколько разновидностей:

Ссылки

Смотреть что такое «Оптическая астрономия» в других словарях:

АСТРОНОМИЯ — АСТРОНОМИЯ, отрасль науки, существующая с древнейших времен, предметом которой является Вселенная и ее составляющие элементы, в том числе движение небесных тел относительно друг друга, их положение на небесной сфере, физическое и химическое… … Научно-технический энциклопедический словарь

Астрономия — Крабовидная туманность Астрономия наука о Вселенной, изучающая расположение, движение, строение, происхождение и … Википедия

Оптическая толщина — (оптическая толща, ) среды это безразмерная величина, которая характеризует ослабление света в среде за счёт его поглощения и рассеивания. Явл … Википедия

Астрономия — (от греческих слов άστρον, светило, и νόμος, закон) наука о небесных светилах. В обширном значении этого слова А. включает в себе исследование всего того, что можно знать о небесных светилах: солнце, луне, планетах, кометах, падающих звездах,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ — наблюдения астрономических объектов с помощью приборов, поднятых за пределы земной атмосферы на борту геофизических ракет или искусственных спутников. Ее основные разделы это астрономия высоких энергий (в рентгеновских и гамма лучах), оптическая… … Энциклопедия Кольера

П:Астрономия — Порталы о космосе: Астрономия Космонавтика Метеориты Экзопланетология … Википедия

Медаль РАН для молодых учёных (общая физика и астрономия) — Медали РАН с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций России по направлению 2. Общая физика и астрономия Медалью награждались: Год ФИО Организация Работа 2011 к.ф. м.н. Господчиков Егор Дмитриевич, к.ф. м.н. Скалыга Вадим… … Википедия

Список космических телескопов — The Hubble Этот список космических телескопов (астрономических обсерваторий в космосе), сгруппированный по основным диапазонам частот : Гамма излучение, Рентгеновское излучение, Ультра … Википедия

Список академических дисциплин — Эта статья содержит незавершённый перевод с иностранного языка. Вы можете помочь проекту, переведя её до конца. Если вы знаете, на каком языке написан фрагмент, укажите его в этом шаблоне … Википедия

Астрофизика — (от др. греч. ἀστήρ «звезда, светило» и φυσικά «природа») наука на стыке астрономии и физики, изучающая физические процессы в астрономических объектах, таких, как звёзды, галактики и т. д. Физические свойства материи на… … Википедия

Источник

8 различных типов телескопов

Самый ранний известный телескоп в истории появился еще в начале 1600 года в Нидерландах и предположительно был изобретен голландским производителем очков Иоанном Липперсгеем. Однако название «телескоп» не существовало до 1611 года и было придумано греческим математиком Иоаннис Димисианос.

К 1610 году итальянский эрудит Галилео Галилей уже разработал свою собственную улучшенную версию телескопа, с помощью которой он позже обнаружил четыре галилеевых спутника. Затем, примерно в конце 1660-х годов, Иссак Ньютон сконструировал первый в истории телескоп-рефлектор, который теперь известен как ньютоновский рефлектор.

В течение следующих трехсот лет или около того телескопы будут работать только на видимом спектре света, ограничивая, таким образом, объем доступной информации. Такие телескопы обычно называют оптическими. Только в середине 1900-х годов были разработаны телескопы, способные работать в различных длинах электромагнитных спектров волн.

Не все телескопы расположены на земной поверхности. Да, это так. Ряд усовершенствованных телескопов находятся на орбите вокруг Земли в космосе. Эти космические телескопы собирают свет с длинами волн, которые частично или полностью блокированы земной атмосферой.

Наземные телескопы

1. Оптические телескопы

Оптические телескопы собирают свет видимой длины волны (видимой невооруженным глазом) электромагнитного спектра. Это самые старые и наиболее часто используемые телескопы в мире. Пожалуй, самой важной особенностью оптического телескопа является его светосила, которая намного выше, чем у человеческого глаза.

Оптические телескопы можно разделить на три большие категории; рефракторные, рефлекторные и катадиоптрические оптические конструкции. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и имеет различное применение в астрономии.

Рефракционные телескопы

Несмотря на то, что сегодня в мире существует всего несколько преломляющих телескопов исследовательского класса, когда-то они пользовались широкой популярностью. С развитием технологии изготовления линз в конце 19 века преломляющие телескопы стали золотым стандартом в астрономических наблюдениях.

Отражающий телескоп

Отражающий телескоп или отражатель формирует изображение с помощью одного зеркала или, в некоторых случаях, группы зеркал. Первый в мире функциональный телескоп-отражатель был разработан Исааком Ньютоном в 1668 году как альтернатива «некорректному» преломлению.

Несмотря на то, что они до сих пор не могут дать «идеальное» изображение, рефлекторы используются почти во всех других исследовательских телескопах из-за их физических достоинств.

Катадиоптрические телескопы

2. Радиотелескопы

Большая миллиметровая матрица Atacama

Радиотелескопы анализируют астрономические объекты на радиочастотах. Другими словами, они обнаруживают сигналы на длинах радиоволн от удаленных астрономических объектов. Пожалуй, наиболее важным компонентом радиотелескопа является его антенна (тарелка), также известная как параболическая антенна.

Поскольку радиосигналы, которые мы получаем от большинства астрономических тел, слабые, радиотелескопам требуются большие антенны, чтобы собрать достаточно данных, чтобы астрономы могли проводить свои исследования. В некоторых случаях несколько радиотелескопов связаны друг с другом электронным способом, что значительно увеличивает область их поиска (радиоинтерферометрия).

Поскольку большинство радиочастот способно проникать в атмосферу Земли, в космических радиотелескопах нет необходимости. Однако потенциально они могут помочь наземным.

Некоторые из диапазонов частот, которые в настоящее время используются радиотелескопами: Радиолиния нейтрального водорода, 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц, 94 ГГц, 1406 МГц и 430 МГц.

Коммерческое использование этих частот запрещено во многих странах для выполнения радиоастрономических задач.

Радиоинтерферометрия

В радиоинтерферометрии радиосигналы, захваченные несколькими антеннами на большой площади, объединяются вместе, чтобы максимизировать общее разрешение. Эта техника была представлена ​​еще в 1946 году.

3. Солнечные телескопы

Солнечные телескопы, ранее известные как фотогелиографы, специально разработаны для наблюдения за солнцем в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн. В отличие от большинства других типов, солнечные телескопы могут работать только в дневное время и обычно располагаются на вершине высокой белой конструкции.

Солнечный телескоп МакМата-Пирса, расположенный в Аризоне (США), является крупнейшим телескопом такого типа. Голландский открытый телескоп и солнечный телескоп Даниэля К. Иноуэ являются хорошими примерами солнечных телескопов.

Космические телескопы

Космический телескоп Хаббла | Изображение предоставлено НАСА.

Все началось еще в начале 1920-х годов, когда физики Герман Оберт, Константин Циолковский и Роберт Годдард, три отца-основателя астронавтики, размышляли над идеей космического телескопа, который можно было бы отправить на орбиту Земли с помощью ракеты. Это было началом эры нового класса телескопов.

Затем в 1946 году астрофизик-теоретик Лайман Спитцер из Принстонского университета рассказал о преимуществах такого прибора и о том, как космический телескоп может полностью исключить из телескопических наблюдений атмосферную турбулентность Земли.

В отличие от наземных телескопов, космические телескопы предлагают более точные наблюдения, поскольку они свободны от какой-либо атмосферной турбулентности и радиационных искажений. Ниже представлены различные типы космических телескопов.

4. Инфракрасные телескопы

Художественная концепция космического телескопа «Спитцер» | Изображение предоставлено НАСА

Инфракрасная астрономия является важной отраслью современной астрофизики. Поскольку большая часть инфракрасного излучения блокируется атмосферой Земли (относительно небольшая длина волны может пробиться сквозь нее), многие инфракрасные телескопы находятся в космосе.

Инфракрасные телескопы способны обнаруживать удаленные астрономические объекты в пыльных районах космоса. Они также играют важнейшую роль в изучении раннего состояния Вселенной. Однако, в отличие от большинства других длин волн, наблюдение на инфракрасной частоте несколько затруднено, поскольку каждое горячее тело испускает инфракрасное излучение.

5. Ультрафиолетовые телескопы

Атмосфера нашей Земли блокирует попадание на Землю большей части вредной радиации. Сюда входят ультрафиолетовые лучи. По этой причине излучение в ультрафиолетовом диапазоне можно наблюдать только из космоса.

Ультрафиолетовая астрономия позволяет исследователям более внимательно изучать далекие звезды и галактики. Большинство звезд излучают излучение в ближнем инфракрасном или видимом диапазоне длин волн, поэтому в ультрафиолетовом свете они кажутся незначительными. Видны будут только те звезды, которые находятся либо на ранней, либо на поздней стадии эволюции и намного горячее. Фактически, каждый горячий астрономический объект излучает ультрафиолетовое излучение.

Известные ультрафиолетовые космические телескопы

Первым космическим телескопом, способным наблюдать УФ-спектр, была камера/спектрограф в дальнем ультрафиолете, которая была развернута на поверхности Луны миссией Аполлон-16 в 1972 году.

Спектроскопический исследователь дальнего УФ-диапазона НАСА или FUSE и Swift Gamma-Ray Burst Emission являются двумя наиболее яркими примерами ультрафиолетовых телескопов.

Изображение Крабовидной туманности на нескольких длинах волн | Изображение предоставлено НАСА.

6. Рентгеновские телескопы

Рентгеновские телескопы предназначены для изучения очень далеких объектов в рентгеновских частотах. Подобно ультрафиолетовым волнам, частоты рентгеновского излучения блокируются земной атмосферой, поэтому их можно изучать только с помощью космических телескопов.

Основным компонентом рентгеновского телескопа являются зеркала (фокусирующие или коллимирующие), которые собирают излучение и проецируют его на специализированные детекторы. Рентгеновские телескопы с фокусирующими зеркалами нуждаются в длинном фокусе, т.е. зеркала должны располагаться на расстоянии нескольких метров от детекторов.

Известные космические рентгеновские телескопы

С 1960-х годов в космос было выведено почти пятьдесят рентгеновских телескопов. Первый известный рентгеновский спутник UHURU (Ухуру) провел обширные исследования Лебедь X-1 (источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя) и других известных рентгеновских источников. Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра, запущенная в 1999 году, стала прорывом в области рентгеновской астрономии.

Чандра в 100 раз более чувствительна к слабым рентгеновским лучам, чем любой другой телескоп до ее запуска. Это стало возможным только благодаря более высокому угловому разрешению ее зеркал. Другими примечательными рентгеновскими обсерваториями являются NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) и японский спутник Hitomi.

7. Микроволновые телескопы

Подобно рентгеновским лучам и ультрафиолетовому излучению, атмосфера Земли поглощает большую часть излучения на длине микроволновой волны, поэтому астрономам приходится полагаться на космические микроволновые обсерватории и телескопы для изучения космических микроволн.

Телескопы, установленные на WMAP NASA (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и спутнике Planck ЕКА, возможно, единственные два действующих в настоящее время микроволновых телескопа космического базирования. Единственным известным космическим микроволновым телескопом был космический исследователь Cosmic background Explorer или COBE, который отключился в 1993 году.

8. Гамма-телескопы.

Однако их гораздо труднее наблюдать, чем рентгеновские волны. Фактически, на сегодняшний день не существует специализированного гамма-телескопа. Вместо этого астрономы используют вторичные средства для обнаружения потока гамма-лучей в небе, то есть черенковское излучение.

Хотя земная атмосфера действует как барьер для гамма-лучей, во многих случаях их можно наблюдать из нескольких наземных обсерваторий, включая HESS, HAWC и VERITAS.

Известные гамма-телескопы

В настоящее время существует только пять действующих космических телескопов, которые наблюдают за частотой гамма-излучения. Орбитальная обсерватория НАСА Swift, запущенная в 2004 году, обнаруживает загадочные гамма-всплески со всей Вселенной. Еще одна обсерватория NASA, Ферми, специально разработана для наблюдения высокоэнергетических вспышек пульсаров и черных дыр.

В то время как большинство космических спутников наблюдают или слушают только определенную длину волны, существует несколько многоволновых телескопов, которые могут собирать информацию из более чем одного участка электромагнитного спектра одновременно. Космический телескоп Хаббла является прекрасным примером таких телескопов. Он может наблюдать в ближнем инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Источник

Для чего используется телескоп в астрономии: пояснения и примеры

Содержание:

В самом начале кратко расскажем, что такое телескоп. В узком смысле телескопом принято называть оптический прибор, который применяется для наблюдения за объектами, расположенными на значительном расстоянии от наблюдателя. Такое определение является не до конца точным, так как телескоп необязательно должен быть оптическим. Более точно – это прибор, работа которого основана на сборе электромагнитных волн. Видимый свет является их разновидностью. Если рассматривать весь спектр электромагнитного излучения, то следует отметить, что кроме оптических существуют:

История появления и развития

Первым, кто стал наблюдать небесные тела через подзорную трубу, стал итальянец Галилео Галилей в 1609 году. Его оптический прибор давал лишь трехкратное увеличение. С его помощью он впервые в истории человечества смог рассмотреть лунные кратеры, спутники Юпитера и неизвестные на то время звезды из Млечного пути.

Знаменитый физик И. Ньютон прославился тем, что в 1668 году построил первый телескоп, в котором вместо выпуклой линзы использовалось выпуклое зеркало. Такая схема позволила добиться существенного улучшения качества изображения при 40-кратном увеличении.

Первые фотографии, сделанные с использованием телескопа, появились еще в позапрошлом веке, тогда же английскому ученому У. Хаггинсу впервые удалось объединить в одно устройство телескоп и спектроскоп. Так стали возможными исследования спектра звездных излучений.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили телескопы с зеркальной системой. Их конструкции непрерывно совершенствуются. Самый большой в мире астрономический телескоп, установленный на Канарских островах, имеет зеркало диаметром 10,4 м.

Для чего используют телескопы при астрономических наблюдениях

В наши дни телескопы находятся уже не только на земной поверхности. Так в 1990 году учеными из Европы и Америки был создан космический телескоп «Хаббл». Для чего используется космический телескоп в астрономии? По сути дела, он представляет собой целую обсерваторию, которая находится на околоземной орбите и позволяет вести наблюдение в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Его длина превышает 13 м, а диаметр вместе с солнечными батареями составляет 7,1 м. Благодаря «Хабблу» удалось сделать целый класс новых открытий, а также впервые в истории сфотографировать планету, которая расположена за пределами солнечной системы.

Астрономия представляет собой науку, которая формирует общефизическое мировоззрение о строении, развитии и будущем не только нашей планеты, но и космоса в целом. Поэтому урок астрономии призван дать человеку необходимые знания не только для того, чтобы выполнить домашнее задание и сдать тест, но и стать толчком для развития самопознания окружающего материального мира, формирования философского отношения к научным дисциплинам в школьной программе.

Источник