Max Camenzind - Akademie HD Teleskope Refraktoren

Transkript

1 Max Camenzind - Akademie HD Teleskope Refraktoren

2 Themen zu Teleskopen Beobachtungsfenster Erdatmosphäre Optische Systeme: Auflösungsvermögen Refraktoren des 19. Jahrhunderts Teleskop-Montierungen & moderne Observatorien: Mauna Kea, Cerro Paranal, Teleskope der Zukunft GMT, TMT, EELT TeV Astronomie: H.E.S.S., Magic, Whipple Grundlagen Radioastronomie Optische Detektoren: CCDs & Spektrografen

3 Das elektromagnetische Spektrum Astronomie lebt von Strahlung. Heute ganzes Spektrum von Radio Gamma- Strahlung beobachtbar. E = h n

4 Das Universum strahlt in allen W Längen

5 Weißes Licht = Summe aller Farben

6 Sterne haben Farben Fornax 5

7 Transparenz der Erdatmosphäre

8 Transparenz der Erdatmosphäre Hängt von Dichte- und Temperaturverlauf ab; Absorption durch N 2, O 2, O 3 (Ozon), CO 2, H 2 O; Streuung und Absorption an Staub Wellenlänge

9 Transparenz der Erdatmosphäre

10 Erdatmosphäre

11 Beobachtungsfenster im Infrarot

12 Transparenz im sub-mm Bereich (Sub)Millimeter Interferometers ASTE telescope: Ship to Chile 01 Operational in 02 SIS receivers Superconducting submm camera Alma

13 ALMA Chile ESO Projekt

14 ALMA = Atacama Large Millimeter Array: Sajnantor Chile: ~ 64 x 12 Meter Tische Basis Linien: 150 Meter bis 10 km

15 CBI (CMB) Atacama ALMA

16 Problem - Lichtverschmutzung

17 Lichtverschmutzung Europa

18 Optische Grundlagen - Teleskope Anforderungen an astronomische Teleskope: Grosses Lichtsammelvermögen, bestimmt durch die Fläche der freien Öffnung. Hohes Auflösungsvermögen. Definiert durch der Winkelabstand zweier gerade noch trennbarer Objekte (z.b. Doppelstern). Im Wellenbild entsteht Abbildung durch die Interferenz der auf den Brennpunkt zulaufenden Wellen. Nur für unendlich große Öffnung ist die konstruktive Interferenz auf einen Punkt begrenzt. Interferenzmuster analog Einzelspalt.

19 Teleskop Auflösungsvermögen Beugung an Kreis-Öffnung: Airy-Scheibe (1835) Punktquelle wird auf Scheibe abgebildet sin d = m l/d 1. Min m = 1, Max m = 1,635

20 Beugung an Kreisblende nach Sir George Biddell Airy 1835 r z

21 Teleskop Auflösungsvermögen

22 Auflösungseffekte Schlechte Auflösung verschmiert die Quellen. Verfälschung der Strukturen. IRAS 1983 ISO 1995 Spitzer 2003

23 Auflösungseffekte VLT E-ELT Grafik: ESO

24 Die Auflösung astronomischer Fernrohre ist beugungsbegrenzt. Die Form der Teleskopöffnung spiegelt sich in den Beugungsscheibchen der punktförmigen Sterne wider, die auf dem Detektor aufgezeichnet werden. Beispiel: Aufnahme von Sternen mit dem Hubble-Teleskop (Abb). Obwohl die Beugungsscheibchen gleich groß sind, erscheinen aufgrund von Überstrahlungen im Aufnahmematerial helle Sterne größer. Die ausgedehnten sternförmigen Spikes entstehen durch Beugung an den rechtwinklig angeordneten Fangspiegelstreben im Strahlengang. Beugungsstrukturen Teleskop

25 Szintillation und Seeing Aufsteigende Blasen in Atmosphäre schnelle Bewegungen und Helligkeitsveränderungen (konvektive Elemente > Teleskopdurchmesser). Brechung an Inhomogenitäten Flickering. Punktquelle Seeing-Scheibchen ausgeschmiert. Bestes Seeing: Mauna Kea (Hawai), Paranal (Chile): 0, 5 0, 6 (50 % der Zeit), 0, 25 optimal. Bei kurzer Belichtung wandert eine Punktquelle hin und her Seeing Zeit

26 Das Seeing Seeing wird durch die Halbwertsbreite des Bildes einer Punktquelle angegeben. Beste Standorte (Chile, Hawaii) in sehr guten Nächten: ca. 0,5.

27 Das Auge als optisches Teleskop Historisch und bis heute wichtigster Wellenlängenbereich. Auge: Wellenlängenbereich: nm Öffnung: bis 7 mm Auflösung: ca. 1 Bogenminute Grenzhelligkeit ca. 6 mag.

28 Optische Teleskope: Refraktoren Optische Teleskope: Refraktoren Geschichte: Erstes Teleskop: Hans Lippershey 1608 Erste astronomische Nutzung : Galileo Galilei 1609 Heutiges Linsenteleskop (Refraktor) beruht auf dem Kepler schen Fernrohr: Sammellinsen als Objektiv und Okular Vergrösserung: V = f obj /f Oku Probleme von Linsenfernrohren: - Chromatische Aberration (Brechungsindex ist Funktion von l) - Durchmesser auf 1m begrenzt.

29 Galilei erklärt sein Teleskop

30 Das Kepler Fernrohr Kepler Fernrohr (1611) rotiertes Bild f = f Ob / D Öffnungsverhältnis, ~ Vergrösserung V = f Ob / f Ok 8 mm Auge

31 Galilei Kepler Teleskope

32 Strahlengang Refraktor / Spiegel Kepler 1611 Newton ~ 1680 mit Newton Fokus

33 400 Jahre Teleskop- Entwicklung Refraktoren Reflektoren Galilei Galileo 1609 Johannes Kepler 1611

34 Typischer Refraktor

35 Galileo Galilei * 15. Februar 1564 in Pisa; Padua; 8. Januar 1642 in Arcetri bei Florenz Teleskope neue Erkenntnisse: Struktur der Mondoberfläche Sonne hat Flecken (!) Venus zeigt Phasen (!) Jupiter hat Monde (!) Milchstraße aus Sternen

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38 Galilei Monde

39 Größenvergleich

40 18. Jh.: Zeit der Refraktoren Schröder Refraktor (1784) Im Argelanderturm in Bonn bis 1954 Hoher List in der Eiffel

41 Von Stadt- zu Berg-Observatorien Geschichtliche Entwicklung: 18. Jh.: erstes Großteleskop (Herschel) 19. Jh.: Zeit der großen Linsenfernrohre 1917: Mt. Wilson 100 Zoll (2,5 m) Hooker Nachweis des extragalaktischen Ursprungs der Spiralnebel (Hubble 1925). Entdeckung der Expansion des Universums (Hubble 1929) Auflösung des Andromedanebels in Einzelsterne (Baade 1942). 1948: Mt. Palomar 200 Zoll (5m) Hale Teleskop 1976: Selentschuk im Kaukasus (6m) Erster Spiegel: Fehlproduktion Auch heute noch mechanische und thermische Probleme 70er, 80er Jahre: mehrere 3,5-4m Teleskope ähnliche Bauart wie Mt. Palomar, nun auch in Europa: z.b. Calar Alto 3,5m, ESO 3,6m, AAT 3,9m, Kitt Peak 4m

42 Friedrich Wilhelm Herschel ( ) Entdeckte den siebten Planeten Uranus (1781). Erfinder des astronomischen Großteleskops Hat sich nicht durchgesetzt.

43 46 Meter Fokallänge J. Hevelius

44 William Parson, Earl of Rosse Birr (Irland), 36 Zoll, 1845 eingweiht Entdeckte die Spiralstruktur von Messier 51. Zwischen 2 Mauern gebaut. Hatte keine Nachführmechanik.

45 Leviathan 2005 Nachbau in Birr (Irland)

46 Lord Rosses Whirlpool Galaxy

47 Royal Greenwich Observatory *1675

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49 Lick Observatorium um 1900 Erstes Bergobs 1988 erbaut Great Lick Refractor

50 36 Zoll Refraktor Lick Observatorium

51 Einstein-Sonnenfinsternis William Campbell Direktor Lick Observatorium hat erfolgreich 1922 die Lichtablenkung an der Sonne gemessen

52 Heutiges Lick Observatorium

53 Lick Observatorium 3-m Shane Teleskop und dem 2,5-m Planet Finder

54 3-m Shane Lick Observatorium 1959

55 Ausgehendes 19. Jahrhundert Blütezeit der Refraktoren Observatoire de Paris 1889 (Grande Lunette, Meudon 33 Zoll)

56 Grande Lunette Weltausstellung 1900 Öffnung: 1,25 m; Fokallänge: 57 m; Demos

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58 Wien 1888

59 Wien 1888: 27 Zoll (68 cm) Öffnung 10,5m Brennweite

60 Potsdam Babelsberg

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62 Eingeweiht wurde der Große Refraktor am 26. August 1899 in Anwesenheit von Kaiser Wilhelm II als Hauptteleskop des Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam. Damals wie auch heute ist er das viertgrößte Linsenfernrohr der Welt, als fotografisch korrigierter Refraktor sogar das größte. Das Teleskop ist ein Doppelrefraktor, der zwei fest und parallel miteinander verbundene Fernrohre auf einer parallaktischen Montierung vereinigt. Er besteht aus einem fotografischen Fernrohr mit einem Linsendurchmesser von 80 Zentimetern und 12,2 Metern Brennweite und einem optischen Fernrohr von 50 Zentimetern Durchmesser und einer Brennweite von 12,5 Metern für unmittelbare Sternbeobachtungen. Erfolge verzeichnete der Große Refraktor insbesondere bei der Messung von Doppelsternen nach photometrischen Verfahren.

63 Refraktoren - Linsenteleskope Potsdam 80 cm 12,0 m Thaw Pittsburgh 30 Zoll

64 Großer Refraktor in Nizza 1888

65 76-cm-Refraktor Observatoire de Nice

66 Das Yerkes Observatorium Yerkes Observatorium ist ein Institut des Department of Astronomy and Astrophysics der University of Chicago (Lake Geneva, 1897).

67 Refraktoren das Meisterstück Yerkes Refraktor (1897): 40 Zoll Öffnung (102 cm), f = 19,4 m

68 Refraktoren sind ausgestorben