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

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)

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: Laskuharjoitukset: vähintään 30%, lisäpisteitä 1/10%, max 6 lisäpistettä Tentti Vierailu Metsähovissa

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

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

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

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

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

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

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

Sääolosuhteet ESO:ssa

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

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

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

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

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)

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

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

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)

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)

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

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

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

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

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