Наземные и космические телескопы, принцип их работы.
Дата: 12.10.2020
Группа: ПИ-115
Дисциплина: Астрономия
Тема:17-18
Урок: Методы астрономических исследований. Исследования электромагнитного излучения
Электромагнитное излучение, космические лучи и гравитационные волны как источник информации о природе и свойствах небесных тел.
Исследование электромагнитного излучения небесных тел.
Электромагнитное излучение небесных тел основной источник информации о космических объектах. Исследуя электромагнитное излучение, можно узнать температуру, плотность, химический состав и другие характеристики интересующего нас объекта.
Небесные тела в зависимости от своего физического состояния излучают электромагнитные волны различной длины. Электромагнитные волны, имеющие разную длину волны, взаимодействуют с веществом по-разному. Соответственно методы исследования электромагнитного излучения отличаются. В связи с этим электромагнитное излучение условно делится на несколько диапазонов.
Млечный путь в различных диапазонах
Излучение с длиной волны от 390 до 760 нм человеческий глаз воспринимает как свет, причем разным длинам волн соответствуют разные цвета (от фиолетового до красного). Для обнаружения излучения в других диапазонах требуются специальные приборы.
В зависимости от своего физического состояния одни небесные тела излучают энергию в узких интервалах частот спектра электромагнитных волн (например, светлые газовые туманности), другие − во всем его диапазоне: от гамма-лучей до радиоволн включительно (например, звезды).
|
|
|
Изучение электромагнитных волн, испускаемых небесными телами, затрудняется из-за того, что атмосфера Земли пропускает излучение лишь в определенных диапазонах длин волн. Земная атмосфера прозрачна почти полностью для падающего извне излучения лишь в двух сравнительно узких окнах:
- оптическом - в диапазоне длин волн от 0,3 мкм до 1,5-2 мкм (область до 8 мкм состоит из ряда узких полос пропускания)
- в радиодиапазоне - для волн длиной от 1 мм до 15-30 м.
На этих длинах волн наблюдения могут производиться с Земли.
Непрозрачность атмосферы для всех других длин волн определяется поглощением и рассеяниемизлучения на молекулах и атомах, а также отражением радиоволн от электронов ионосферы. Наблюдения в других диапазонах возможны только с помощью приборов, поднятых на большую высоту на самолетах и воздушных шарах или установленных на ракетах и искусственных спутниках Земли.
Излучение, доходящее до поверхности Земли, исследуют с помощью оптических телескопов (видимый свет) и радиотелескопов
|
|
|
Гравитационные волны
Кроме электромагнитного излучения, в природе существует еще один вид излучения энергии - гравитационные волны.
Гравитацио́нные во́лны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс.
Гравитационные волны (http://magspace.ru/blog/science/287148.html)
Длина ГВ сравнима или больше макроскопических размеров источников.
Гравитационные волны дают представление о глобальных движениях масс и энергии в источнике.
ГВ практически не рассеиваются и не поглощаются даже огромными массами.
Типичные источники света - звездные атмосферы, межзвездный газ и пыль, а типичные источники обнаружимых ГВ - колапсирующие ядра звезд, окруженные непрозрачными оболочками и сливающиеся двойные черные дыры, которые вообще не излучают электромагнитных волн.
Космические лучи
КЛ представляют собой ядра различных элементов, следовательно, являются заряженными частицами. Наиболее многочисленны в КЛ ядра атомов водорода и гелия (~85 и ~10 % соответственно).
Основным источником КЛ внутри Галактики являются взрывы сверхновых звезд. Максимальная энергия, которую могут приобрести частицы в таких процессах, составляетEmax~1016 эВ. КЛ самых малых и самых больших энергий различаются в 1015 раз.
|
|
|
По своему происхождению КЛ можно разделить на несколько групп.
1) КЛ галактического происхождения. Источником является наша Галактика, в которой происходит ускорение частиц до энергий ~1018 эВ.
2) КЛ метагалактического происхождения, они имеют самые большие энергии, E>1018 эВ, образуются в других галактиках.
3) Солнечные КЛ (СКЛ), генерируемые на Солнце во время солнечных вспышек.
4) Аномальные КЛ (АКЛ), образующиеся в Солнечной системе на периферии гелиомагнитосферы.
Для изучения КЛ используются разные методы и приборы: в космическом пространстве – с помощью аппаратуры, установленной на спутниках и космических ракетах, в атмосфере Земли – с помощью малых шаров-зондов и больших высотных аэростатов, на ее поверхности – с помощью наземных установок (некоторые из них достигают размеров в сотни квадратных километров), расположенных либо высоко в горах, либо глубоко под землей, либо на больших глубинах в океане, куда проникают частицы высоких энергий.
Наземные и космические телескопы, принцип их работы.
|
|
|
Обсерватории
Астрономические исследования проводятся в научных институтах, университетах и обсерваториях. Пулковская обсерватория под Санкт-Питербургом существует с 1839 г. и знаменита составлением точнейших звездных каталогов. К крупнейшим следует отнести Специальную астрофизическую обсерваторию на Северном Кавказе, обсерватории Крымскую (вблизи Симферополя).
Главное здание Пулковской обсерватории
Обсерватории обычно специализируются на проведении определенных видов астрономических исследований. В связи с этим они оснащены различными типами телескопов и других приборов, которые предназначены, например, для определения точного положения звезд на небе, для изучения Солнца или решения других научных задач.
Часто для изучения небесных объектов их фотографируют при помощи телескопов, предназначенных специально для этих целей. Положения звезд на полученных негативах измеряют при помощи соответствующих приборов в лаборатории. Хранящиеся на обсерватории негативы образуют "стеклянную фототеку". Исследуя астрономические фотографии, можно измерить медленные перемещения сравнительно близких звезд на фоне более далеких, увидеть на негативе изображения очень слабых объектов, измерить величину потоков излучения от звезд, планет и других космических объектов.
Оптические телескопы
Телескопы бывают – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения ИСЗ), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские.
Телескоп имеет три основных назначения: собирать излучение от небесных светил на приемное устройство (глаз, фотопластинка, спектрограф и тому подобное); строить в своей фокальной плоскости изображения объекта или определенного участка неба; увеличивать угол зрения, под которым наблюдаются небесные тела, то есть разделять объекты, расположенные на близком угловом расстоянии и потому неразделимые невооруженным глазом.
Оптические телескопы служат для собирания света исследуемых небесных тел и получения их изображения.
Оптические телескопы содержат: объектив, который собирает свет и строит в фокусе изображение объекта или участка неба; трубу (тубус), которая соединяет объектив с приемным устройством; монтирование - механическую конструкцию, что держит трубу и обеспечивает ее наведение на небесный объект; окуляр - в случае визуальных наблюдений. Через него рассматривается изображение, построенное объективом.
Увеличение телескопа (Г) -
, где F - фокусное расстояние объектива, f - фокусное расстояние окуляра.
Радиотелескопы
После того как было обнаружено космическое радиоизлучение, для его приема были созданы радиотелескопы. Антенны радиотелескопов собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала. Это зеркало можно сделать решетчатым и громадных размеров - диаметром в десятки метров.
РадиотелескопРадиотелескоп с решетчатым зеркалом
Другие радиотелескопы представляют собой огромные подвижные рамы, на которых параллельно друг другу укреплены металлические стержни или зеркала, спирали. Приходящие радиоволны возбуждают в них электромагнитные колебания, которые после усиления поступают в очень чувствительную приемную радиоаппаратуру для регистрации радиоизлучения объекта.
Модель "Радиоисточника"
Есть радиотелескопы, состоящие из системы отдельных антенн, удаленных друг от друга (иногда на многие сотни километров), при помощи которых производятся одновременные наблюдения космического радиоисточника. Такой способ позволяет узнать структуру исследуемого радиоисточника и измерить его угловой размер, даже если он во много раз меньше одной угловой секунды.
'РАТАН-600'. Один из крупнейших в мире радиотелескопов - радиотелескоп диаметром 600 м
Наши представления о небесных телах и их системах чрезвычайно обогатились после того, как начали изучать их радиоизлучение.
Наша Земля надежно защищена атмосферой от проникающего жесткого электромагнитного излучения, от инфракрасного излучения. Поэтому современные инфракрасные, рентгеновские и гамма обсерватории вынесены за пределы земной атмосферы. Наблюдения в рентгеновском и гамма-диапазонах позволяли исследовать космические объекты на поздних стадиях их жизни, открыть пульсары, черные дыры, столкновения скоплений галактик и т.д.
Модель "Рентгеновские телескопы"
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 1002; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!