docMetody badania
download 
Reklamacja Transkrypt
Metody badania
Metody badania kosmosu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ ¾Zakres widzialny ¾Fale radiowe i mikrofale ¾Promieniowanie wysokoenergetyczne ¾Detektory cząstek ¾Pomiar sił grawitacyjnych Obserwacje prehistoryczne FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Obserwacja Słońca, Księżyca i gwiazd: - kalendarz: pory roku, pływy morskie - nawigacja - cele religijne Obserwatorium słoneczne w Goseck - 4900 p.n.e. Stonehenge - 3000 p.n.e. Kalendarz Majów – rok „zero” około 3000 p.n.e. Astronomia w starożytności FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Starożytny Egipt: podział roku na 12 miesięcy i 365 dni, nawigacja na podstawie gwiazd. Starożytna Mezopotamia: układ współrzędnych, stopień jako miara kątowa, system sześćdziesiętny (minuty i sekundy), modele matematyczne ruchu planet i gwiazd. Starożytna Grecja: przyrządy astronomiczne – astrolabium. Mechanizm z Antykithiry – pierwszy zegar astronomiczny (około II w. p.n.e) Światło widzialne: teleskopy FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Kopernik wykorzystywał kwadrant i astrolabium pierścieniowe. Tychon de Brache do wyznaczania paralaksy gwiazd użył sekstansu. 1609: Galileusz zastosował teleskop w obserwacjach nieba. Obserwacje potwierdziły model heliocentryczny Kopernika. Odkrycie księżyców Jowisza, gwiazd w drodze mlecznej, dokładny pomiar paralaksy gwiazd. Teleskopy refrakcyjny FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Teleskop Galileusza daje obraz prosty. Teleskop Keplera daje obraz odwrócony – do obserwacji wymaga dodatkowego układu optycznego (np. pryzmatu). Teleskopy refrakcyjne mają wielkość soczewki ograniczoną do 100 cm – ciężkie soczewki są drogie, trudne do wykonania i ulegają odkształceniom mechanicznym. Soczewki – przykłady aberracji FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Aberracja chromatyczna – związana z dyspersją Aberracja sferyczna – związana z grubością soczewki Teleskop odbiciowy FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Dyfrakcyjna granica rozdzielczości FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Kryterium Rayleigha λ – długość fali światła D- apertura otworu kołowego Absorpcja w atmosferze FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Częstotliwości radiowe FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Teleskopy radiowe są silnie kierunkowe. Pomiary promieniowania o długości rzędu metrów wymagają anten o rozmiarach około 100m. Arecibo, Puerto Rico – 300 m Zwiększenie rozdzielczości można osiągnąć metodami interferometrycznymi – rozdzielczość kątowa układu teleskopów jest większa niż pojedynczego urządzenia. VLA – Very Large Array, Nowy Meksyk, USA Częstotliwości radiowe FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ VLA – 0.2 sekundy kątowej VLBA – 1 milisekunda kątowa Metody interferometryczne wymagają możliwości określenia fazy sygnału. Synchronizacja teleskopów poprzez zegary atomowe. Obserwacja pulsarów, kwazarów i galaktyk radiowych Promieniowanie rentgenowskie FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Warunek Bragga nλ=2dsinθ Zmiana biegu wiązki promieniowania : - Odbicie na zwierciadłach parabolicznych i hyperbolicznych - Dyfrakcja - Interferencja Swift Promieniowanie rentgenowskie FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Promieniowanie podczerwone FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Zakres długości 0.75 – 300 µm. Większość teleskopów optycznych po wyposażeniu w odpowiedni detektor może rejestrować obrazy w podczerwieni. Połączenie kilku teleskopów pozwala zwiększyć rozdzielczość poprzez metody interferometryczne. Teleskop Hubble’a FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Spektroskopia FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Wzbudzone atomy emitują linie widmowe o charakterystycznej długości. Linie w widmie promieniowania odległych obiektów są przesunięte w stosunku do obserwowanych na Ziemi. Zwykle występuje przesunięcie ku czerwieni (większe długości fali) λ − λ0 ν 0 − ν Z= = λ0 ν Przypomnienie: Efekt Dopplera FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Nieruchomy obserwator Źródło się zbliża: Nieruchome źródło Przypadek ogólny: Znak „+” oznacza zbliżanie się wzajemne obserwatora i źródła Spektroskopia FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Na podstawie przesunięcia ku czerwieni Z możemy obliczyć prędkość oddalania się źródła: ν =ν 0 1− β 1+ β v β= c 2 ( Z + 1) − 1 v= c 2 (Z + 1) + 1 Im dalej są obiekty, tym większe przesunięcie – Wszechświat się rozszerza! Inne przyczyny zmian długości: światło traci energię w polu grawitacyjnym. Promieniowanie termiczne: przypomnienie FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Widmo energetyczne latarki Widmo słońca Spektroskopia: promieniowanie tła FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Promieniowanie cieplne Wszechświata: 2.7260 ± 0.0013 K Spektroskopia: promieniowanie tła FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ Dla wieku Wszechświata około 379000 lat (dla temperatury 3000K) nastąpiło rozdzielenie promieniowania i materii – na skutek formowania się obojętnych elektrycznie atomów. Drobne fluktuacje promieniowania tła odpowiadają powstaniu skupisk materii – galaktyk i ciemnej materii.
