Astro-Semester-Abschlussveranstaltung

Transkript

1 Astro-Semester-Abschlussveranstaltung Wer? Alle an der UHH, die irgendwie mit Astro zu tun haben Wo? Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg Hamburg Wann? Freitag, 15. Juli 2016, 14:00 Was? Führung durch die Sternwarte, Kaltgetränke, Erhitzung von Essbarem durch die Bestrahlung mit Schwarzkörperstrahlung

2 Astronomischer Netzfund der Woche Earth & Sky Photo Contest

3 Astronomische Nachricht der Woche Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher: 8 M ʘ + 14 M ʘ = 21 M ʘ Wovon eins rotierte!

4 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Teil 9 Jochen Liske Hamburger Sternwarte jochen.liske@uni-hamburg.de

5 Themen Einstieg: Was ist Astrophysik? Koordinatensysteme Astronomische Zeitrechnung Sonnensystem Die Keplerschen Gesetze Himmelsmechanik Gezeiten und Finsternisse Strahlung Helligkeiten Teleskope Extrasolare Planeten Sternaufbau Sternentstehung Sternentwicklung Sternhaufen Interstellare Materie Die Exoten: Neutronensterne und Schwarze Löcher

6 Helligkeiten

7 Helligkeiten ~0.03 mag

8 Helligkeiten

9 Helligkeiten Anzahl Photonen

10 Helligkeiten

11 Photometrische Systeme

12 Photometrische Systeme

13 Photometrische Systeme

14 Helligkeiten

15 Helligkeiten

16 Helligkeiten

17 Helligkeiten

18 Helligkeiten

19 Teleskope Licht sammeln! Genauer: Teleskop + Instrument = Messapparatur für I(φ, θ, λ, t, Pol) Möglichst präzise Möglichst genau Mit möglichst großer Bandbreite in jedem Parameter Mit möglichst hoher Auflösung in jedem Parameter Physikalische Grundlagen: Strahlenoptik Wellennatur des Lichts

20 Teleskope Leistungskriterien: Lichtsammelkapazität εd 2 D = Durchmesser des Objektivs = Teleskopöffnung = Apertur Winkelauflösungsvermögen λ/d Gesichtsfeld Abbildungstreue

21 Teleskope Grundbegriffe: Apertur, Brennweite, Fokalebene, Öffnungsverhältnis Abbildungsmaßstab / lineare Ausdehnung: l = f tanω ω: Winkelausdehnung eines Objekts Beispiel Sonne (ω 0.5), f = 10 m l 10 cm große Detektoren/CCD-Kameras notwendig

22 Teleskope Öffnungsverhältnis: o = D/f, bzw. Blendzahl: k = f/d bestimmt Größe des Gesichtsfeldes und Lichtstärke des Bildes: größeres Öffnungsverhältnis Gesichtsfeld ist größer, Bild ist heller Belichtungszeit: t 1/(D/f) 2 1/o 2 = k 2

23 Teleskope Vergrößerung: nur eine sinnvolle Größe bei Betrachtung des vom Objektiv geschaffenen Bildes mit einem Okular: V = ω 2 / ω 1 = f 1 / f 2 große Objektivbrennweite detailreicheres Bild

24 Teleskope Winkelauflösungsvermögen Wellennatur des Lichts Beugungseffekte an der eine kreisförmige Lochblende darstellenden Teleskopöffnung Punktquelle resultiert in Airy-Interferenzmuster: Rayleigh-Kriterium: zwei (gleich helle) Objekte sind nur dann zu trennen, wenn ihr Winkelabstand >

25 Teleskope Winkelauflösungsvermögen Beispiel VLT (D = 8m, λ = 1 μm): α = rad 0.03 = 30 mas viel kleiner als durch Luftunruhe (Seeing) ohne weitere Hilfsmittel (adaptive Optik) sind große optische Teleskope nicht beugungslimitiert sondern Seeing-limitiert Beispiel Effelsberg (D = 100 m, λ = 20 cm): α = 8 Beugungslimitiert: Weltraumteleskope Radioteleskope Interferometer Optische Teleskope unter Einsatz von Adaptiver Optik

26

27 Adaptive Optik

28 Teleskope Abbildungsfehler / Aberrationen: Monochromatische Aberrationen Defokussierung Sphärische Aberration Koma Astigmatismus Bildfeldwölbung Verzeichnung Chromatische Aberration

29 Teleskope Sphärische Aberration: Brennpunkt abhängig von Distanz zur optischen Achse scharfer Kern (achsnahe Strahlen) + unscharfer Halo (achsferne Strahlen) geringer Kontrast

30 Teleskope Sphärische Aberration: Brennpunkt abhängig von Distanz zur optischen Achse scharfer Kern (achsnahe Strahlen) + unscharfer Halo (achsferne Strahlen) geringer Kontrast

31 Teleskope Koma: Brennpunkt abhängig von Strahlrichtung scharfes Bild im Mittelpunkt des Gesichtsfeldes, zunhemende Aberration mit zunehmender Entfernung vom Mittlepunkt kleines Gesichtsfeld

32 Teleskope Koma: Brennpunkt abhängig von Strahlrichtung scharfes Bild im Mittelpunkt des Gesichtsfeldes, zunhemende Aberration mit zunehmender Entfernung vom Mittlepunkt kleines Gesichtsfeld Koma Kein Koma

33 Teleskope Astigmatismus: Brennpunkt abhängig von Strahlebene zunehmende elliptische Bilddeformation mit zunehmender Distanz vom Mittelpunkt des Gesichtsfeldes kleines Gesichtsfeld

34 Teleskope Bildfeldwölbung: gekrümmte Brennebene Verzeichnung: verzerrte Brennebene

35 Teleskope Chromatische Aberration: Brennpunkt abhängig von Wellenlänge keine scharfen breitbandigen Bilder möglich (kann aber durch den Einsatz mehrer Linsen korrigiert werden)

36 Teleskope Tatsächliches Winkelauflösungsvermögen: Überlagerung von Seeing (atmosphärisch bedingte Bild verschmierung ), Aberrationen und Beugungseffekten Point Spread Function (PSF) = Bild einer perfekten Punktquelle Echtzeit-Korrektur von Seeing: adaptive Optik Echtzeit-Korrektur von Aberrationen: aktive Optik

37 Interferometer Zusammenschaltung mehrerer Teleskope durch phasengerechte Überlagerung der Signale Effektive Apertur zweier Teleskope mit Abstand d: D effektiv = 2d Verbesserung der Auflösung: θ d /θ D = D/2d Zwei Teleskope sensitiv für θ = λ/2d Zusammenschaltung vieler Teleskope mit verschiedenen d Apertursynthese

38 Interferometrie Rekonstruktion der Quellenstruktur durch Änderung des (projizierten) Teleskopabstands durch Erddrehung Interferenzmuster wie Einzelquelle I max (θ 1 ) = I min (θ 2 ) Interferenzmuster wie Einzelquelle