PDF-slides Telescopen

Telescopen en detectors
• Telescoop: optica die licht vergaart in
een focus
– Hoe groter, hoe gevoeliger
• Detector: registreert, meet de flux
– Hoge efficientie, lage ruis belangrijk
• Zeer verschillende technieken voor
verschillende golflengtes
Simpelste telescoop: 1 lens of spiegel
Truc:
Richting 
punt in
beeldvlak
Resolutie
• Licht is een golf ! diffractie
– Geen perfect focus
– Berekening van de diffractie-limiet
Spiegeldiameter
D
diffractie
1
Brandpuntsafstand F
2
x
θ=x/F
Door diffractie komt er ook licht naast de as, bv. op afstand x<<D
Verschil in afgelegde afstand tussen 1 en 2 (voor x<<D<<F) :
δL= (F2+(D/2+x)2)1/2 – (F2+(D/2-x)2)1/2' Dx/F' Dθ
Resolutie
• Licht is een golf ! diffractie
– Geen perfect focus
– Berekening van de diffractie-limiet
Spiegeldiameter
D
1
Brandpuntsafstand F
2
x
Verschil in afgelegde afstand tussen 1 en 2:
Wanneer δL=Dθ=λ/2, is er destructieve interferentie
Dus scherpste hoek die kan worden opgelost is ~ λ/D
θ
θ=λ/2D
θ
Diffractie-limiet
•
•
•
•
•
•
Oog: 500nm/1mm ~ 1/2000 rad ~ 1.7’
6-cm telescoop:
1.7”
2.6m telescoop:
0.04”
10-m telescoop, 2µ m (IR):
0.04”
25-m radiotelescoop, 10cm:
13’
20-km radiotelescoop, 10cm: 1.0”
λ/D
• (optisch licht: atmosfeer vertroebelt tot ~ 1”)
• (1rad = 57±=206,265”)
Interferometrie
• Bij lange golflengtes, manier om resolutie te
verbeteren.
• Gecombineerde intensiteit vanuit twee
telescopen die afstand D van elkaar staan !
diffractielimiet λ/D (zelfs als de telescopen zelf
veel kleiner dan D zijn)
• (Effectief bouw je de Fourier transformatie van
het beeld op.)
• Limiet voor 10-cm radiostralen:
aarde’s D=10,000km, λ/D=10-8! (milli-”)
De atmosfeer
• Absorbeert UV, Roentgen, deel van IR
ruimte
N, O
O3
waterdamp
Ga hoog+droog
ruimte
ionosfeer
• Optisch:
Detectors
– Fotografie ~ 1% gevoeligheid
– CCD’s (digitale camera’s) >90% gevoelig!
• Werken tot enkele µ m golflengte
• Principe:
OmegaCAM
– Si kristal waarin electronen kunnen worden vrijgemaakt
door aanslag met een foton
– Electrische velden houden electronen binnen pixels
– Na belichting meet je hoeveel stroom er uit elke pixel
komt ! aantal electronen ! aantal fotonen
Detectors
• IR:
– soort CCD’s;
– bolometers (meten warmte)
– Groot probleem: straling van de
instrumenten (300K ! 10µ m)
– Boven de atmosfeer veel beter:
• Het is er koud
• Geen absorptie door water
– Nadeel: resolutie – satellieten zijn klein!
• Bv James Webb Space Telescoop:
– 6.5m spiegel, λ = 20 µ m: 1” resolutie
• (sub-)mm radio
Detectors
– Heterodyne ontvangers
– Koud, hoog (warmtestraling 300K; waterabsorptie)
– ALMA project
Detectors
• Radio: antennes
– Meet rechtstreeks
electromagnetisch veld
– Raleigh-Jeans deel van spectrum
! helderheidstemperatuur
– Interferometrie onontbeerlijk
– Sterke traditie in Nederland
– LOFAR project (m golven)
– Grootste probleem:
• Ruis (TV, radio, gsm)
Detectors
• Roentgen, γ: CCD’s; geigertellers
– Moet vanuit de ruimte
– Weinig fotonen, maar veel energie
– Detectors meten ook energie/foton
– Telescopen moeilijk te maken: fotonen
reflecteren niet graag (reageren liever)
• Gecodeerde maskers
• Lage-hoek reflectie
Wat zie je bij welke golflengte?
• Radio
– Vrije electronen (synchrotron straling)
• Heet geionizeerd gas, bv rond zwarte gaten
– Spectraallijnen van neutraal H (21cm)
• Sub-mm
– Warm stof (~100K)
– Moleculaire lijnen
(stervorming)
• Infrarood
– Heet stof, koude sterren (geen absorptie!)
• Optisch
– Steratmosferen
– Atomaire lijnen
• Ultraviolet
– Hete sterren
– Lyman lijnen
• Roentgen, γ
– Heet gas (>106 K)
Melkweg
γ
X
opt
near-IR
mid-IR
far-IR
radio
HI
Zie http://adc.gsfc.nasa.gov/mw/mmw_sci.html
•
•
•
•
Kosmische straling
(deeltjes)
Geladen deeltjes
Erg hoge energien (tot 100 J !)
Acceleratiemechanisme onbekend
Weinig richtinginformatie: deeltjes
worden afgebogen door magneetvelden
• Interessant voor deeltjesfysica--miljoenen malen hogere energie dan in
aardse versnellers
Gravitatiegolven
• Verstoring van ruimte-tijd
• Detecteerbaar als een vervorming
van een ring of bol
– Typische grootte 1: 1021 !
• Bronnen:
– versmelten van dubbelsterren
– Supernovae
• Bv. hier in Leiden:
Mini-GRAIL