Gliederung. Geschichtliches IR-Strahlungsquellen Das Infrarot-Spektrum und dessen Unterteilung IR-Beobachtung

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1 Infrarotastronomie

2 Gliederung Geschichtliches IR-Strahlungsquellen Das Infrarot-Spektrum und dessen Unterteilung IR-Beobachtung Erdgebundene IR-Astronomie Satelliten IR-Astronomie Zukünftige Projekte

3 Entdeckung William Herschel 1800 Infrarotstrahlung der Sonne Charles Piazzi Smyth 1856 Mondspektrum William Coblentz 1915 Nachweis der IRStrahlung von 110 Sternen, gilt als einer der Begründer der IR-Spektroskopie 1950 Bleisulfid (PbS) Detektoren temp.abh. Widerstandsänderung N-gekühlt 1-4 µm 1961 Germanium Bolometer He-gekühlt 1980 InSb und HgCdTe in Detektor-Matrix

4 IR-Quellen Prinizipiell eigentlich alles über 0 Kelvin : Planeten, Monde, Kometen, Asteroiden Frühes Universum (Rotverschiebung) Sternentstehungsgebiete zirkumstellare Staubscheiben und Protoplaneten Galaktisches Zentrum Sowieso immer: aktive Galaxien, Quasare

5 Infrarotspektrum Bereich: (grobe Einteilung, fließende Übergänge) Wellenlänge: 0,7 bis 350 µm Temperaturen: 10K 4000K Photonenenergien: 4meV 1,2eV Spektrale Region Wellenlängen / µm Temperatur / K Beobachtungsobjekt e NIR (0.7-1) bis bis (3,0005,200) Rote Riesen, Staub durchsichtig MIR 5 bis (25-40) ( ) bis 740 Planeten, Kometen, Asteroiden, Warmer Staub FIR (25-40) bis (200350) ( ) bis ( ) kalte Staubwolken Galaktische Zentren

6 Weitere Bänderunterteilung Bedingt durch unterschiedlich hohe Durchlässigkeit der Erdatmosphäre wird das IR-Spektrum weiter unterteilt. Wellenlänge (in µm) Band Durchlässigkeit der Atmosphäre Helligkeit der Atmosphäre hoch nachts gering hoch sehr gering 1,5-1,8 um 1,05 µm: I J H 2,0-2,4 K hoch sehr gering 3,0-4,0 L mittel bis hoch gering 4,6-5,0 M gering bis mittel hoch 7,5-14,5 N hoch sehr hoch µm: Q µm: Z sehr gering sehr hoch sehr gering gering 1,1 1,

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8 Vergleich zwischen sichtbarem und IR-Licht Staubwolken im IR durchsichtig Neue Informationen über Lichtquellen möglich Neue Gaswolken sichtbar

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12 Erdgebundene IR-Astronomie Bedingungen: Wetter: klar, trocken, windstill geringe Störstrahlung (Kühlung) IR-Fenster der Atmosphäre Findet man z.b. hier: Kalifornien (Mt. Wilson Observatory 1963) Caltech 2.2 Micron Infrared Telescope Hawaii (Mauna Kea Observatories 1967) Keck Observatories Chile / Arizona (1997) 2MASS - The 2 Micron All Sky Survey

13 Keck I / II (1993 / 1996) Mauna Kea Gipfel auf 4200 m Jeweils 10 m Durchmesser Größtes optisches Teleskop Adaptive Optiken (entwickelt 1990) Interferometrie durch Kombination der beiden Teleskope möglich (ab 2001)

14 KECK I Primärspiegel

15 2MASS - The 2 Micron All Sky Survey Zwei baugleiche 1,3 m Teleskope für NIR (2,17µm): Mt. Hopkins, Arizona für den Nordhimmel (1997) Cerro Tololo, Chile für den Südhimmel (1998) Laufzeit: 3,5 Jahre Ziele: Beobachtung der Milchstraße Katalogisierung von über 300 Millionen neuen Infrarotquellen

16 IR-Astronomie zu Luft Air Force Sky Survey Insgesamt nur 30 min. Aufzeichnung 90% Abdeckung, 2363 IR-Quellen entdeckt Ab 1963: Ballone in 40 km Höhe Ge-Bolometern Kuiper Airborne Observatory ( ): 12,5 km Höhe (oberhalb 99% des Wassers in der Luft) 1977: Entdeckung der Uranusringe

17 SOFIA - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy Seit 2004 in Betrieb 2,5 m Reflektorteleskop auf Boeing Jahre Betriebsdauer Wellenlängenbereich: 0,3 bis 1600 µm

18 Satelliten-IR-Astronomie 1983 Infrared Astronomical Satellite (IRAS) neue Infrarotquellen ~ 70% mehr katalog. Objekte 1989 COBE: Mikrowellenhintergrund 1995 IR Space Observatory (ISO) & IR Space Telescope (IRTS) 2003 Spitzer Space Telescope (NASA) 2006 AKARI (JAXA) Zum jetzigen Zeitpunkt sind das Spitzer und das AKARI-Weltraumteleskop aktiv.

19 IRAS All Sky

20 Das Spitzer Space Telescope (SST)

21 Spitzer Space Telescope (SST) Gestartet am 25. August 2003 als Abschluss des Great Observatory Program der NASA (neben Chandra X-Ray Observatory (CXO), Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) und dem Hubble Space Telescope (HST)) 0,85 m Spiegeldurchmesser Wellenlängen: 3-180µm Gewicht: 750kg

22 Vergleich: X-Ray VIS - IR

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24 Zukünftige Missionen 2008 geplanter Start von Herschel Space Observatory 2013 geplanter Start des James Webb Space Telescope (JWST) 2015 Darwin: Kandidat für ESA s infrared interferometer space mission 4 6 Weltraumteleskope zwischen Mars und Jupiter verteilt Suche nach erdähnlichen Exoplaneten

25 (HST) Herschel Space Telescope Größtes Weltraumteleskop (zumindest bis 2013) mit 3,5 m Spiegeldurchmesser, 3,3 t Gewicht Einzigartige Spektralabdeckung von FIR bis Sub-mm-Bereich Soll Informationen über das frühe Universum sammeln: Entstehung von Sternen, Galaxien chem. Zusammensetzung von Planetenatomsphären & -Oberflächen Zusammensetzung des Universums

26 Messungen bei T~1.4 K He für etwa 3 Jahre 7,5 m hoch, 4 m breit Cassegrain Teleskop 60 bis 670 µm Drei zusätzliche Instrumente: (PACS) λ < 205 µm Photodetector Array Camera and Spectrometer (SPIRE) λ > 200 µm Spectral and Photometric Imaging Receiver (HIFI) Heterodyne Instrument for the Far Infrared

27 James Webb Space Telescope 6,5 m Spiegeldurchmesser Strahlungsschirm ~ Tennisplatz 50 Kelvin Beryllium-Spiegel

28 Instrumente des JWST: 1 mega-pixel Silikon-Arsen Detektor (MIRI) für Wellenlängen 5-29 µm 4 mega-pixel Quecksilber-Cadmium-Tellurid Detektor (NIRcam) für Wellenlängen 0,6-5 µm Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) mit Microshutters für Wellenlängen 0,6-5 µm Beobachtung von über 100 Objekten gleichzeitig

29 Protoplaneten

30 Quellen Carroll, Ostlie: An introduction to modern astrophysics; Auflage 8; Eddison- Wesley Publishing Company; tutorial