Εζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ. Κνζκάο Γαδέαο

Transcript

1 Εζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ Κνζκάο Γαδέαο

2 Παξαηεξήζεηο από ηε Γε θαη από ην δηάζηεκα

3 Κεφάλαιο 1 Εηζαγσγή Η ξαδηνθσληθή αθηηλνβνιία ηνπ Γαιαμία (ζηα 20.5 MHz) αλαθαιύθζεθε ηπραία από ηνλ Karl Guthe Jansky ην 1931, θαζώο δνύιεπε ζαλ κεραληθόο ζηελ εηαηξεία Bell Telephone Laboratories. Ο Grote Reber έθηηαμε ην πξώην ξαδηνηειεζθόπην ην 1937 γηα λα αληρλεύζεη ηελ ακπδξή ξαδην-αθηηλνβνιία. Σν 1938 ν Grote Reber ραξηνγξάθεζε ην Γαιαμία ζηα 160 MHz. Ο Karl Jansky θαη ε θεξαία ηνπ (1931) Σν ξαδηνηειεζθόπην ηνπ Grote Reber (1937)

4 Κεφάλαιο 1 Εηζαγσγή Η ξαδηνθσληθή αθηηλνβνιία ηνπ Γαιαμία (ζηα 20.5 MHz) αλαθαιύθζεθε ηπραία από ηνλ Karl Guthe Jansky ην 1931, θαζώο δνύιεπε ζαλ κεραληθόο ζηελ εηαηξεία Bell Telephone Laboratories. Ο Grote Reber έθηηαμε ην πξώην ξαδηνηειεζθόπην ην 1937 γηα λα αληρλεύζεη ηελ ακπδξή ξαδην-αθηηλνβνιία. Σν 1938 ν Grote Reber ραξηνγξάθεζε ην Γαιαμία ζηα 160 MHz. Αληίγξαθν ηεο θεξαίαο ηνπ Karl Jansky Σν ξαδηνηειεζθόπην ηνπ Grote Reber (1937)

5

6 Κεφάλαιο 1 Εηζαγσγή Η αζηξνλνκηθή θνηλόηεηα δελ έδεημε ελδηαθέξνλ ζηηο πξώηεο αλαθαιύςεηο ησλ ξαδηνθσληθώλ εθπνκπώλ ηνπ ζύκπαληνο. Πνιύ ακπδξό ζήκα Πνιύ ρακειή δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα (ξαδηνηειεζθόπην 30 m πνπ παξαηεξεί ζηα 21 cm έρεη δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα 0.5 deg) Η πξαγκαηηθή επαλάζηαζε ζηε ξαδηναζηξνλνκία μεθίλεζε κεηά ηε ιήμε ηνπ 2 νπ Παγθνζκίνπ Πνιέκνπ. Πνιύο ειεύζεξνο ρξόλνο γηα κειέηεο Αξθεηή ζπζζσξεπκέλε γλώζε από ην παξειζόλ Δηαζέζηκα εγθαηαιειεηκκέλα ξαδηνηειεζθόπηα Η ζεκαληηθή ηδηόηεηα ησλ ξαδηνθσληθώλ θπκάησλ είλαη όηη κπνξνύλ λα ηαμηδέςνπλ ζην ζύκπαλ κε ειάρηζηε απνξξόθεζε από ηε κεζναζηξηθή ύιε, ηόζν θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο όζν θαη ηεο λύρηαο.

7 Κεφάλαιο 2 Η ζπιιεθηηθή ηθαλόηεηα ησλ ξαδηνηειεζθνπίσλ Η αξρή ησλ ξαδηνηειεζθνπίσλ βαζίδεηαη ζηελ αλαθιαζηηθή ηδηόηεηα ησλ ξαδηνθσληθώλ θπκάησλ. Σα ξαδηνηειεζθόπηα είλαη απινί αλαθιαζηήξεο. Η παξαβνιηθή επηθάλεηά ηνπο βνεζά ζηε ζπιινγή ησλ ακπδξώλ ζεκάησλ ζε κηθξή επηθάλεηα (εζηία). Η κνλάδα κέηξεζεο ηεο ξαδηνθσληθήο εθπνκπήο είλαη ην Jansky 1 Jy = W m 2 Hz Η δηάκεηξνο ησλ ξαδηνηειεζθνπίσλ είλαη πνιύ κεγάιε. Σν πνιύ ακπδξό ζήκα ρξεηάδεηαη ελίζρπζε Η πνιύ ρακειή δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα επηβάιεη κεγάιε δηάκεηξν (2000 θνξέο κεγαιύηεξε από ηα νπηηθά ηειεζθόπηα)

8 Κεφάλαιο 2 Γεληθά γηα ηα ξαδηνηειεζθόπηα Η επηζηήκε ηεο ξαδηναζηξνλνκίαο αζρνιείηαη κε ηηο αθηηλνβνιίεο πνπ έρνπλ κήθνο θύκαηνο από 1 mm έσο κεξηθέο δεθάδεο κέηξα. Σα ξαδηνηειεζθόπηα απνηεινύληαη από ηελ θεξαία, ηνλ εληζρπηή θαη ην ζύζηεκα θαηαγξαθήο. Η ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία ησλ ξαδηνθπκάησλ κεηαηξέπεηαη ζε ειεθηξηθή θαη θαηαγξάθεηαη ςεθηαθά.

9 Κεφάλαιο 3 Καηεγνξίεο ξαδηνηειεζθνπίσλ 1) Απιήο αλάθιαζεο (θύξηαο εζηίαο) Αμνληθά Με αμνληθά 2) Δηπιήο αλάθιαζεο Cassegrain (αμνληθά ή κε αμνληθά) Gregorian (αμνληθά ή κε αμνληθά)

10 Parkes Observatory (Australia), 64 m

11

12 Ιδηάδνπζεο πεξηπηώζεηο LOFAR (Germany) LOFAR (Netherlands)

13 Ιδηάδνπζεο πεξηπηώζεηο Κπιηλδξηθά θάηνπηξα VHF (Norway)

14 Ιδηάδνπζεο πεξηπηώζεηο Κεξαία ρνάλεο, Holmdel Horn (NJ, USA) Greenbank, NRAO (WV, USA), 42 m

15 VLA (USA)

16

17 ALMA (Chile) Allen Telescope Array (USA) κε αμνληθό, Gregorian Greenbank, NRAO (WV, USA), 100 m

18 Greenbank, NRAO (WV, USA), 100 m

19 Effelsberg (100 m) (Germany)

20 Arecibo (305 m) (Puerto Rico) 305 m

21 Arecibo (305 m) (Puerto Rico)

22 D

23

24

25

26

27

28 D

29 VLA (NM, USA) 27 ξαδηνηειεζθόπηα δηακέηξνπ 25 m

30 Κεφάλαιο 4 Ραδηνζπκβνινκεηξία H ηερληθή πξνηάζεθε, θαηαζθεπάζηεθε θαη ηειεηνπνηήζεθε από ηνλ Sir Martin Ryle (βξαβείν Nobel Φπζηθήο 1974) ζην Cambridge, UK. ήκεξα ξαδηνηειεζθόπηα ζε όινλ ηνλ θόζκν ζπλδπάδνληαη κε ηελ ηερληθή ηεο ξαδηνζπκβνινκεηξίαο, επηηπγράλνληαο εμαηξεηηθά κεγάιε δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα. VLA (NM, USA) 27 ξαδηνηειεζθόπηα δηακέηξνπ 25 m

31 VLA (NM, USA) 27 ξαδηνηειεζθόπηα δηακέηξνπ 25 m

32 Ραδηνζπκβνινκεηξία ην VLA (Very Large Array) ε απόζηαζε ησλ ξαδηνηειεζθνπίσλ απμάλεηαη κέρξη θαη 21 km. Απηό δίλεη κηα δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα 0.1 arcsec. To VLBΙ (Very Large Baseline Interferometer) ζπλδπάδεη ξαδηνηειεζθόπηα ζε όινλ ηνλ θόζκν ζε απόζηαζε 8000 km, επηηπγράλνληαο δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα ηεο ηάμεο ηνπ 10-3 arcsec ή αθόκε θαη κεξηθώλ 10-6 arcsec. ΣΗΛΕΚΟΠΙΟ Επίγεηα κηθξά νπηηθά ηειεζθόπηα (0.12 m) Επίγεηα κεγάια νπηηθά ηειεζθόπηα (Keck: 10 m) Δηαζηεκηθά νπηηθά ηειεζθόπηα (Hubble: 2.4 m) Εληαία κεγάια ξαδηνηειεζθόπηα (30 m) Μηθξά ξαδηνζπκβνιόκεηξα (~ 10 km) Μεγάια ξαδηνζπκβνιόκεηξα (~ 1000 km) Πνιύ κεγάια ξαδηνζπκβνιόκεηξα (~ km) ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ 1 arcsec ζεσξεηηθά 0.01 arcsec (πξαθηηθά 0.1 arcsec) 0.05 arcsec (diffraction limited 21 1 cm 1444 arcsec 69 arcsec 4 arcsec 0.2 arcsec 0.04 arcsec arcsec (2 mas) arcsec arcsec (200 κas)

33 Κεφάλαιο 5 ύγθξηζε νπηηθώλ ηειεζθνπίσλ θαη ξαδηνηειεζθνπίσλ ΟΜΟΙΟΣΗΣΕ Σα ξαδηνηειεζθόπηα θαη ηα θαηνπηξηθά νπηηθά ηειεζθόπηα βαζίδνληαη ζηελ αλαθιαζηηθή ηδηόηεηα ηεο αθηηλνβνιίαο. Η παξαβνιηθή επηθάλεηα βνεζά ζηε ζπιινγή ησλ ακπδξώλ ζεκάησλ ζε κηθξή επηθάλεηα (εζηία). ΔΙΑΦΟΡΕ Σα ξαδηνηειεζθόπηα έρνπλ πνιύ ρακειόηεξε δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα από ηα νπηηθά ηειεζθόπηα ίδηαο δηακέηξνπ. Η δηάκεηξνο ησλ ξαδηνηειεζθνπίσλ είλαη πνιύ κεγαιύηεξε από απηή ησλ νπηηθώλ ηειεζθνπίσλ. Σα ξαδηνηειεζθόπηα είλαη πνιύ πην εύθνια λα θαηαζθεπαζηνύλ θαη δελ απαηηνύλ ηδηαίηεξε ιείαλζε ηεο αλαθιαζηηθήο επηθάλεηαο. Μπνξνύλ λα παξαηεξνύλ ηόζν θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο όζν θαη ηεο λύρηαο, αλεμαξηήησο θαηξνύ.

34 Κεφάλαιο 7 Υαξαθηεξηζηηθά ξαδηνηειεζθνπίσλ 1) Καηεγνξία 2) Δηάκεηξνο 3) Εζηηαθή απόζηαζε Απιήο ή δηπιήο αλάθιαζεο, αμνληθό ή κε D [m] F [m] 4) Εζηηαθόο ιόγνο f F D 5) Δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα 6) Μεγέζπλζε 7) ηήξημε D 1 tan( ) 2 1 M 2 tan( ) 2 2 (ζπλήζσο αιηαδηκνπζηαθά) [arcsec]

35 Κεφάλαιο 8 Μόληκε εγθαηάζηαζε νπηηθώλ ηειεζθνπίσλ επηζπκεηέο ηηκέο ηππηθέο ηηκέο 1) Καηξηθέο ζπλζήθεο (δηαύγεηα) 2) Τγξαζία 3) Τςόκεηξν 4) Αηκνζθαηξηθή δηαηαξαρή (seeing) 5) Φσηνξξύπαλζε 6) Θεξκνθξαζηαθέο κεηαβνιέο 7) Άλεκνη κεγάιε κηθξή κεγάιν κηθξή κηθξή κηθξή κηθξή λύρηεο ην ρξόλν < 30% > 2000 m < 1 arcsec απόιπηα ζθνηεηλό < 1 C/hour < km/h ηελ εγθαηάζηαζε ησλ ξαδηνηειεζθνπίσλ δελ ππάξρνπλ θιηκαηηθνί πεξηνξηζκνί! 8) Παξνρή ειεθηξηθνύ ξεύκαηνο, θαπζίκσλ, λεξνύ 9) Εύθνιε πξόζβαζε (δξόκνο)

36 Σα κεγάια ξαδηνηειεζθόπηα ηνπ 20 νπ αη. Green Bank (100 m) (USA) Effelsberg (100 m) (Germany) Lovell (Jodrell Bank) (76 m) (UK)

37 Σα κεγάια ξαδηνηειεζθόπηα ηνπ 20 νπ αη. RATAN-600 (576 m) (Russia) Arecibo (305 m) (Puerto Rico)

38 πγθξηηηθά κεγέζε ξαδηνηειεζθνπίσλ

39 Σν ππό κειέηε ξαδηνηειεζθόπην FAST, δηακέηξνπ 500 m (China)

40 Σερλνινγία ξαδηνηειεζθνπίσλ SKA (Australia, New Zeeland, South Africa)

41 Σερλνινγία ξαδηνηειεζθνπίσλ Σα 66 ππό θαηαζθεπή ξαδηνηειεζθόπηα δηακέηξνπ 12 m ηνπ πξνγξάκκαηνο ALMA

42 Σα 66 ππό θαηαζθεπή ξαδηνηειεζθόπηα δηακέηξνπ 12 m ηνπ πξνγξάκκαηνο ALMA

43 SKA (Australia, New Zeeland, South Africa) VLA (NM, USA) 27 ξαδηνηειεζθόπηα δηακέηξνπ 25 m

44 Κεφάλαιο 8 Πνιύ κηθξά ξαδηνθσληθά κήθε θύκαηνο Η ιείαλζε ησλ θαηόπηξσλ πξέπεη λα είλαη θαιή (γεληθόο θαλόλαο: λ/20) VIS/IR [nm] mm [κm] Radio [cm] Η επηθάλεηα ηνπ ξαδηνηειεζθνπίνπ Greenbank, δηακέηξνπ 100 m

45 ARO, 12 m (AZ, USA) ALMA, 12 m (Chile) JCMT, 15 m (HI, USA) IRAM, 30 m (Spain)

46 Κεφάλαιο 9 Σα κεγαιύηεξα επηηεύγκαηα ηεο ξαδηναζηξνλνκίαο 1) Αλαθάιπςε ησλ pulsars 2) Αλαθάιπςε ησλ masers 3) Red shift doppler effect (velocities) 4) Μειέηε ζπεηξνεηδνύο δνκή Γαιαμία 5) Αθηηλνβνιία ζύγρξνηξνλ 6) Μειέηε πεξηνρώλ κνξηαθνύ πδξνγόλνπ 7) Κνζκηθή αθηηλνβνιία κηθξνθπκάησλ

47 Κεφάλαιο 10 ύγθξηζε παξαηεξήζεσλ ζε ξαδηνθσληθά θαη νπηηθά κήθε θύκαηνο Antennae galaxies M31 galaxy

48 ύγθξηζε παξαηεξήζεσλ ζε ξαδηνθσληθά θαη ππέξπζξα κήθε θύκαηνο

49

50

51 ΓΕΝΙΚΗ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ Ι Ύιε ηνπ καζήκαηνο "Σν ύκπαλ πνπ αγάπεζα-εηζαγσγή ζηελ Αζηξνθπζηθή" Μ. Δαλέδε θαη Ε. Θενδνζίνπ, Εθδόζεηο Δίαπινο Ραδηνηειεζθόπηα Οη παξαπάλσ δηαθάλεηεο αλαπηύζζνληαη ζην παξαπάλσ βηβιίν ζηηο ζειίδεο