Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2006 Luennoitsijat: FM J. Näränen ja FT T. Hackman Laskuharjoitusassistentti: A.Somero Luentoajat: Ti 14-16,

Esitys aiheesta: "Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2006 Luennoitsijat: FM J. Näränen ja FT T. Hackman Laskuharjoitusassistentti: A.Somero Luentoajat: Ti 14-16,"— Esityksen transkriptio:

1 Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2006 Luennoitsijat: FM J. Näränen ja FT T. Hackman Laskuharjoitusassistentti: A.Somero Luentoajat: Ti 14-16, P 10-12, periodi 4

2 Kurssin sisältö 1. Johdanto (TH ja JN) 2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin (TH) 3. Optiikka, kaukoputket ja observatoriot (JN) 4. Datan käsittely (TH) 5. Ilmaisimet ja kuvankäsittely (JN) 6. Spektrometria (TH) 7. Fotometria (TH ja JN) 8. Polarimetria (JN) 9. Astrometria (JN)

3 Kurssin suoritus 24 h luentoa, ei pakollista läsnäoloa Ei luentoja 24.3.,4.4. Tarvittavat esitiedot: Tähtitieteen perusteet Kurssikirja Nilsson, Takalo & Piironen: Havaitseva tähtitiede, Ursa 2003 Luentokalvot netissä: http://www.astro.helsinki.fi/opetus/kurssit/havaitseva http://www.astro.helsinki.fi/opetus/kurssit/havaitseva Laskuharjoitukset: vähintään 30%, lisäpisteitä 1/10%, max 6 lisäpistettä Tentti Vierailu Metsähovissa

4 1. Johdanto Havaitseva tähtitiede:  Gamma  Röntgen  UV  Optinen  Infrapuna  Radio Fotometria Polarimetria Spektrometria Kuvaaminen Astrometria ESO, Euroopan eteläinen observatorio ORG, La Palman observatorio

5 1.1. Optisten havaintovälineiden historia Kvadrantti, antiikki Linssikaukoputki,1600-luvun alku Peilikaukoputki, 1600-luvun loppu Akromaattinen linssi, 1700-luku Lasinen kaukoputken peili, 1850-luku Spektroskopia, 1800-luvun alku Vertaileva fotometri, 1800-luku Tähtivalokuvaus, 1840-luku Valosähköinen fotometri, 1900-luvun alku CCD-kamera, 1969 Tycho Brahen kvadrantti

6 1.2 Suomalainen optinen tähtitiede Turun observatorio 1817 HY:n observatorio 1834 Carte du Ciel 1890-1937 Tuorlan observatorio 1952 Metsähovin observatorio 1971 Nordic Optical Telescope 1988 Suomi European Southern Observatory:n jäseneksi 2004 HY:n observatorion meridiaanisali 1904

7 2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin Ilmakehän transmissio (läpäisevyys) eri sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla Optinen ikkuna Radioikkuna

8 2. Ilmakehän vaikutus havaintoihin (jatk.) Sää Ekstinktio Diffuusi valo Seeing Refraktio NOT tammikuussa 2005 (J.Näränen)

9 2.1 Sää Havaintoihin vaikuttaa:  Pilvet, sumu, kosteus Sääilmiöt lähinnä troposfäärissä (< 10 km) Täysin selkeitä (fotometrisiä) öitä:  Suomessa ~ 30/vuosi  ESO:ssa n. 250/vuosi

10 2.2 Ekstinktio Ilmakehän molekyylit:  Absorptio  Sironta Ekstinktio riippuu aallonpituudesta:  Esim. Rayleigh sironta:

11 Sääolosuhteet ESO:ssa

12 2.3 Ilmamassa Ekstinktio riippuu kohteen ja havaitsijan välisestä ilmamassasta X : Havaittu magnitudi on

13 2.4 Diffuusi valo Ilmakehästä sironnut valo Ilmahehku Valosaaste Revontulet (lähellä magneettisia napoja) Eläinratavalo (ei johdu ilmakehästä vaan aurinkokunnan pölyhiukkasista)

14 2.4 Diffuusi valo (jatk.) Taustataivas Lickin ja Keckin observato- rioissa (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial

15 2.5 Seeing Ilman turbulenssi skintillaatio Tähden kuva: ”piste” seeing-kiekko Muutokset 1-500 Hz Merenpinnalla seeing ~ 2”-4” NOT:lla (La Palma) seeing ~ 0.5”-1” Seeingin kannalta kriittistä:  Lämpötilaerot  Ilmanvirtaukset

16 2.5 Seeing (jatk.), huom.: animaatio (ei toimi pdf-versiossa) 1” seeingillä (ylempi kuva) ja 2” seeingillä otetuttuja lyhyitä 10 ms valotuksia tähdistä (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial)

17 2.5 Seeing (jatk.) kaksi tähteä kuvattu hyvin lyhyillä valotuksilla (ylemmät kuvat) ja pitkällä valotusajalla (alemmat kuvat). R.N. Tubbs, 2003, PhD dissertation, Cambridge

18 2.5 Seeing ESO:ssa J.A.Fogel, Image quality at selected astronomical observaervatories, 2002

19 2.5. Seeingin optimointi Havaintopaikan valinta  Lähiympäristön ilmanvirtaukset  Lämpötilaerot Tornin suunnittelu  Tornin ja kuvun muoto  Kuvun ulkopinta  Sisätilojen ilmastointi  Ei turhia lämmönlähteitä Adaptiivinen optiikka TNG, La Palma (G. Tessicini)

20 2.6 Refraktio Valonsäde taipuu ilmakehässä  Snellin laki: Taitekerroin riippuu:  Tiheydestä  Aallonpituudesta Diffetentiaalirefraktio matalan kohteen kuva hajoaa spektriksi Venus (D.L. Burke, 2006, LSST tutorial)

21 2.6 Refraktio (jatk.) Esim.: Kuu nähtynä avaruusasemalta maan ilmakehän läpi: D.L. Burke, 2006, LSST tutorial

22 2.6 Refraktio (jatk.) Refraktiokulma on  korkeus > 15 o :  korkeus < 15 o : jossa a on korkeus (asteina), T lämpötila (K) ja P ilmanpaine (hektopascaleina)

23 2.6 Refraktio (jatk.) Differentiaalirefraktio: Differentiaalirefraktio Keckin teleskoopeilla: H.G. Roe, 2002, Effect of Differential Refraction on Observing with Adaptive Optics at Keck

24 2.6 Refraktion korjaaminen Teleskoopin suuntausohjelma korjaa suuntausvirheen Aallonpituussuotimella tarkempi kuva Vältetään havaitsemista matalilla korkeuksilla ADC (atmospheric dispersion corrector) – ilmekehän dispersion korjaaja

25 2.7 Tehtävä Mitkä ilmakehän häiriöt vaikuttavat eniten kohteen  kirkkauteen?  spektriin?  polarisaatioon?  paikkaan?  kuvaamiseen?