Δζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ. Κνζκάο Γαδέαο. Μέξνο Α

Δζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ Κνζκάο Γαδέαο Μέξνο Α Ηζηνξηθή αλαδξνκή Μέιαλ ζώκα Αζηξηθά θάζκαηα Φαζκαηηθνί ηύπνη Γηάγξακκα H-R Φπζηθή ηνπ αηόκνπ Οπηηθή θαη θαζκαηνζθνπία Φαζκαηνγξάθνη

Φαζκαηνζθνπία είλαη ε επηζηήκε ηεο αλάιπζεο ηνπ θσηόο ζηηο ζπρλόηεηεο (κήθε θύκαηνο) από ηηο νπνίεο απνηειείηαη, κε ζθνπό ηελ εμαγσγή ζπκπεξαζκάησλ ζε ζρέζε κε ηε θύζε, ηε ζύζηαζε θαη ηηο ζπλζήθεο γεληθόηεξα θάησ από ηηο νπνίεο εθπέκπεηαη ην θσο. Σηελ αζηξνλνκηθή θαζκαηνζθνπία παξαηεξνύκε, ζπιιέγνπκε θαη αλαιύνπκε ην θσο ησλ νπξαλίσλ ζσκάησλ κε ηε βνήζεηα ησλ ηειεζθνπίσλ ή θαη άιισλ νπηηθώλ βνεζεκάησλ.

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Γέθα πεξίπνπ ρξόληα λσξίηεξα, ν William Hyde Wollaston (1766-1826) είδε γηα πξώηε θνξά ζην ειηαθό θάζκα επηά ζθνηεηλέο γξακκέο, ζηηο νπνίεο δελ έδσζε θαη ηδηαίηεξε ζεκαζία. Τηο ζεώξεζε ζαλ ηα θπζηθά όξηα κεηαμύ ησλ ρξσκάησλ. Παηέξαο ηεο αζηξηθήο θαζκαηνζθνπίαο ζεσξείηαη ν νπηηθόο Josef von Fraunhofer (1787-1826), ν νπνίνο θαηαζθεύαζε ην πξώην θαζκαηνζθόπην ην 1814 γηα ηνλ έιεγρν ησλ θαθώλ ηνπ. Ο Fraunhofer παξαηήξεζε ζπζηεκαηηθά ην ειηαθό θάζκα, θαηαγξάθνληαο 574 ζθνηεηλέο γξακκέο θαη επηζεκαίλνληαο ηηο εληνλόηεξεο κε ηα γξάκκαηα ηνπ ιαηηληθνύ αιθαβήηνπ (γξακκέο Fraunhofer). Παξαηήξεζε επίζεο όηη ην θάζκα ηεο Αθξνδίηεο ήηαλ ίδην κε απηό ηνπ Ήιηνπ, πξνζθέξνληαο κία αηξάληαρηε απόδεημε όηη ην θσο ηεο είλαη απιά ην αλαθιώκελν ζηελ αηκόζθαηξά ηεο ειηαθό θσο.

wavelength in Angstrom [Å]

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Ο Fraunhofer παξαηήξεζε θαη ηα θάζκαηα ησλ αζηέξσλ, δηαπηζηώλνληαο δηαθνξέο κεηαμύ ηνπο. Γελ θαηάθεξε λα δώζεη εμήγεζε γηα ηελ ύπαξμε ησλ ζθνηεηλώλ γξακκώλ ζηα θάζκαηα. Ζ εμήγεζε ήξζε ην 1859 από ηνλ Gustav Kirchhoff (1824-1887), ν νπνίνο απέδσζε πνιύ ζσζηά ηηο ζθνηεηλέο γξακκέο ζε επηιεθηηθή απνξξόθεζε ησλ ρεκηθώλ ζηνηρείσλ ηνπ Ήιηνπ. Σε ζπλδπαζκό κε ηελ έξεπλα ηνπ ρεκηθνύ Robert Bunsen (1811-1899) ν Kirchhoff κειέηεζε ηηο ηδηόηεηεο ησλ θαζκάησλ απνξξόθεζεο θαη εθπνκπήο θαη ηαπηνπνίεζε έλα κεγάιν αξηζκό ζηνηρείσλ ζηνλ Ήιην.

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Μεηαμύ άιισλ, ν Kirchhoff θαηέιεμε ζε ηξεηο βαζηθνύο λόκνπο: 1) Έλα ππξαθησκέλν ζηεξεό ζώκα ή έλα αέξην ζε πςειή πίεζε ζα εκθαλίζεη ζπλερέο θάζκα. 2) Έλα ππξαθησκέλν αέξην ζε ρακειή πίεζε ζα εκθαλίζεη θάζκα κε (θσηεηλέο) γξακκέο εθπνκπήο. 3) Δάλ παξαηεξεζεί έλα ζπλερέο θάζκα κέζσ ελόο αεξίνπ ρακειήο ππθλόηεηαο θαη ζεξκνθξαζίαο, ηόηε ζα εκθαλίζεη θάζκα κε (ζθνηεηλέο) γξακκέο απνξξόθεζεο.

ζεξκό πιηθό πςειήο ππθλόηεηαο δηαζιαζηηθό κέζν ζπλερέο θάζκα ζεξκό αέξην θάζκα εθπνκπήο ςπρξό αέξην θάζκα απνξξόθεζεο

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Ζ ηερληθή ηεο ηαπηνπνίεζεο ησλ ζηνηρείσλ ζηα θάζκαηα νδήγεζε ζύληνκα ζηελ αλαθάιπςε λέσλ ζηνηρείσλ, όπσο ην ξνπβίδην θαη ην ήιην (Norman Lockyer - 1868). Ο William Huggins (1824-1910) θαη ν ηεξέαο-αζηξνλόκνο Pietro Angelo Secchi (1818-1878) ήηαλ από ηνπο πξσηνπόξνπο ηεο ζπζηεκαηηθήο κειέηεο ησλ αζηξηθώλ θαζκάησλ. Καηέηαμαλ ηα γλσζηά κέρξη ηόηε αζηξηθά θάζκαηα ζε 5 βαζηθέο θαηεγνξίεο, αλάινγα κε ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπο.

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Ζ ηαμηλόκεζε ησλ αζηξηθώλ θαζκάησλ θαηά ηνπο Huggins θαη Secchi: Type Η θάζκαηα από γαιαλόιεπθνπο αζηέξεο κε γξακκέο απνξξόθεζεο θπξίσο από ήιην θαη πδξνγόλν. Type IΗ θάζκαηα κε πνιιαπιέο (κεηαιιηθέο) γξακκέο απνξξόθεζεο όπσο απηέο ηνπ Ήιηνπ. Type ΗII θάζκαηα από εξπζξνύο αζηέξεο κε πνιιαπιέο δώλεο απνξξόθεζεο θπξίσο ζηα θπαλά κήθε θύκαηνο (TiO). Type ΗV θάζκαηα από εξπζξνύο αζηέξεο κε πνιιαπιέο δώλεο απνξξόθεζεο θπξίσο ζηα εξπζξά κήθε θύκαηνο (C). Type V θάζκαηα κε ιακπξέο γξακκέο εθπνκπήο.

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Όζν ε ηερλνινγία ησλ θαζκαηνζθνπίσλ βειηησλόηαλ, ηα αζηξηθά θάζκαηα θαηλόηαλ νινέλα θαη πην πεξίπινθα. Ήηαλ εκθαλέο όηη ε ηαμηλόκεζε ησλ Huggins θαη Secchi έπξεπε λα γίλεη πην ιεπηνκεξήο. Ο δηεπζπληήο ηνπ Harvard College Observatory, Edward Pickering (1846-1919) αλέιαβε απηό ην έξγν κε ηε βνήζεηα ηξηώλ βνεζώλ: ηεο Williamina Fleming (1857-1911), ηεο Antonia Maury (1866-1952) θαη ηεο Annie Cannon (1863-1941). Τν 1890 ζπλέηαμε έλα λέν θαηάινγν αζηξηθώλ θαζκάησλ, ηα νπνία ηαμηλόκεζε κε δηθά ηνπ θξηηήξηα.

Ο Edward Pickering ζην Harvard College Observatory, καδί κε ηηο βνεζνύο ηνπ.

Δηθόλα από ην Harvard College Observatory, όπνπ ε ηαμηλόκεζε ησλ θαζκάησλ γηλόηαλ κε ππνηππώδε κέζα.

Ηζηνξηθή αλαδξνκή Ζ ηαμηλόκεζε ησλ αζηξηθώλ θαζκάησλ θαηά ηνπο Pickering θαη Maury: A θάζκαηα θπαλόιεπθσλ αζηέξσλ κε εκθαλείο γξακκέο πδξνγόλνπ B θάζκαηα θπαλόιεπθσλ αζηέξσλ κε γξακκέο πδξνγόλνπ θαη ειίνπ C θάζκαηα θπαλόιεπθσλ αζηέξσλ κε δηπιέο γξακκέο πδξνγόλνπ D θάζκαηα θπαλόιεπθσλ αζηέξσλ κε γξακκέο εθπνκπήο E θάζκαηα κε γξακκέο CaII θαη πδξνγόλνπ F θάζκαηα όπσο θαη ηα Δ, αιιά κε πεξηζζόηεξεο γξακκέο πδξνγόλνπ G θάζκαηα θίηξηλσλ αζηέξσλ κε γξακκέο πδξνγόλνπ θαη κεηάιισλ H θάζκαηα όπσο ηα G, κε κηθξόηεξε ιακπξόηεηα ζηελ κπιε πεξηνρή I θάζκαηα όπσο ηα Ζ, αιιά κε πεξηζζόηεξεο γξακκέο K θάζκαηα πνξηνθαιί αζηέξσλ κε εκθαλείο δώλεο απνξξόθεζεο L ηδηόκνξθα θάζκαηα ηνπ ηύπνπ Κ M θάζκαηα πνξηνθαιί-θόθθηλσλ αζηέξσλ κε κνξηαθέο δώλεο απνξξόθεζεο N θάζκαηα θόθθηλσλ αζηέξσλ κε γξακκέο απνξξόθεζεο άλζξαθα O θάζκαηα κε ιακπξέο γξακκέο εθπνκπήο (Wolf-Rayet) P θάζκαηα πιαλεηηθώλ λεθεισκάησλ Q θάζκαηα όισλ ησλ ππνινίπσλ θαηεγνξηώλ (θαηλνθαλώλ θηι)

Ηζηνξηθή αλαδξνκή To 1901 ε Annie Cannon απινπνίεζε δξαζηηθά ηελ πξνεγνύκελε ηαμηλόκεζε θαη από 22 θαηεγνξίεο θαζκάησλ θαηέιεμε ζηε γλσζηή κέρξη θαη ζήκεξα θαηάηαμε ησλ 7 βαζηθώλ θαζκαηηθώλ ηύπσλ, κε βάζε ηελ επηθαλεηαθή ζεξκνθξαζία ησλ αζηέξσλ: Οη θαζκαηηθνί ηύπνη είλαη: W C(R N) O B A F G K M S Τνπο θαζκαηηθνύο απηνύο ηύπνπο ηνπο δηαίξεζε ζε 10 ππνθαηεγνξίεο, πξνζζέηνληαο ηνλ αξηζκό από 0 έσο 9 ζε θάζε ηύπν. Βάζεη ηεο ιακπξόηεηάο ηνπο νη αζηέξεο (θαη ηα αληίζηνηρα θάζκαηά ηνπο) ρσξίδνληαη ζε ηάμεηο ιακπξόηεηαο, ιακβάλνληαο ην ιαηηληθό δείθηε Η έσο VΗΗ, ζύκθσλα κε ηνπο William Morgan θαη Philip Keenan (Yerkes Observatory). To 99% ησλ νξαηώλ αζηέξσλ αλήθνπλ ζηηο θαηεγνξίεο από Β έσο Μ.

Οη θαζκαηηθνί ηύπνη ησλ αζηέξσλ Tύπνο W: πνιύ ζεξκνί αζηέξεο κε γξακκέο εθπνκπήο (ηύπνο Wolf-Rayet). Τύπνο O: πνιύ ζεξκνί αζηέξεο (20.000-100.000 Κ) κε ραξαθηεξηζηηθό βαζύ θπαλό ρξώκα. Οη αζηέξεο απηνί έρνπλ πνιύ ιίγεο γξακκέο απνξξόθεζεο, θπξίσο ηνληζκέλνπ ειίνπ θαη δνπλ κόλν κεξηθά εθαηνκκύξηα ρξόληα. Τύπνο B: ζεξκνί αζηέξεο (10.000-20.000 Κ) κε ραξαθηεξηζηηθό κπιε ρξώκα. Παξνπζηάδνπλ γξακκέο απνξξόθεζεο νπδέηεξνπ ειίνπ θαη πδξνγόλνπ.(π.τ. Rigel, στον Ωρίωνα και Στάτσς(Spica), στην Παρθένο). Τύπνο A: αζηέξεο κε ηζρπξέο γξακκέο απνξξόθεζεο νπδέηεξνπ πδξνγόλνπ. Ζ ζεξκνθξαζία ηνπο είλαη 8.000-10.000 Κ θαη έρνπλ ιεπθό ρξώκα. (π.ρ. Vega, Altair, και Sirius). Τύπνο F: αζηέξεο ιίγν ζεξκόηεξνη από ηνλ Ήιην (6.000-8.000 Κ) κε γξακκέο πδξνγόλνπ θαη ειίνπ θαη ακπδξέο κεηαιιηθέο γξακκέο απνξξόθεζεο ηνληζκέλνπ Ca (CaII). (π.ρ. Προκύων). Τύπνο G: αζηέξεο κε ζεξκνθξαζίεο 5.000-6.000 Κ θαη θίηξηλν ρξώκα κε γξακκέο απνξξόθεζεο CaII θαη FeI. Ο Ήιηνο αλήθεη ζηελ θαηεγνξία απηή, καδί κε ηνπο αζηέξεο α Centauri θαη Αίγα (Capella). Τύπνο K: πνξηνθαιί αζηέξεο ρακειήο ζεξκνθξαζίαο (3.000-5000 Κ) κε γξακκέο απνξξόθεζεο νπδέηεξσλ κεηάιισλ κε κνξηαθέο δώλεο. (π.ρ. Αρκτούρος, ηνλ Βνώηε). Τύπνο M: ςπρξνί αζηέξεο (2.000-3.000 Κ). Δίλαη ηόζν ςπρξνί, πνπ κόξηα λεξνύ, CO, TiO κπνξνύλ λα δηαηεξνύληαη ζηελ επηθάλεηά ηνπο. Οη αζηέξεο απηνί είλαη ραξαθηεξηζηηθά εξπζξνί (π.τ. Betelgeuse στον Ωρίωνα και Αντάρης στον Σκορπιό). Tύπνο C(R-N): ςπρξνί αζηέξεο κε κνξηαθέο ηαηλίεο άλζξαθα. Tύπνο S: ςπρξνί αζηέξεο κε κνξηαθέο ηαηλίεο ΕrO, YO, LaO.

O9 V B5 V A5 V F5 V G5 V K5 V Μ5e V Η He He Mg

Θεξκνππξεληθέο αληηδξάζεηο Οη αζηέξεο είλαη πύξηλεο ζθαίξεο πνπ απνηεινύληαη θπξίσο από πδξνγόλν θαη ήιην. Κάησ από ηελ πίεζε ηεο βαξύηεηαο, ε ζεξκνθξαζία ηνπ θέληξνπ ησλ αζηέξσλ θηάλεη ηνπο 10 6 Κ, ελεξγνπνηώληαο ηηο ζεξκνππξεληθέο αληηδξάζεηο ζηνλ ππξήλα. Τέζζεξα άηνκα πδξνγόλνπ ζπληήθνληαη θαη παξάγνπλ έλα άηνκν ειίνπ, εθιύνληαο κεγάια πνζά ελέξγεηαο. Απηή ε ελέξγεηα παξάγεη ην θσο θαη ηε ζεξκόηεηα πνπ ιακβάλνπκε από ηνπο αζηέξεο. Οη βαξύηεξνη αζηέξεο έρνπλ κεγαιύηεξεο ζεξκνθξαζίεο ζην εζσηεξηθό ηνπο, θαηαλαιώλνληαο πνιύ πην γξήγνξα πδξνγόλν.

To ρξώκα ησλ αζηέξσλ O B A F G K M

Τν δηάγξακκα Hertzsprung-Russell (H-R) Ο Ejnar Hertzsprung (1873-1967) ην 1906 ηνπνζέηεζε ηνπο αζηέξεο ζε έλα δηάγξακκα, κε βάζε ην θαζκαηηθό ηνπο ηύπν θαη ηε ιακπξόηεηά ηνπο. Τειείσο αλεμάξηεηα, ν Henry Norris Russell (1877-1957) ην 1910 έθαλε ηελ ίδηα εξγαζία, δεκηνπξγώληαο έλα αληίζηνηρν δηάγξακκα.

To ρξώκα θαη ην κέγεζνο ησλ αζηέξσλ

Ζ θπζηθή ηνπ αηόκνπ Τα άηνκα απνηεινύληαη από πξσηόληα, λεηξόληα θαη ειεθηξόληα. Κάζε ζηνηρείν έρεη θαη ηα ηζόηνπά ηνπ Κάζε άηνκν έρεη ελεξγεηαθέο ζηνηβάδεο (ζηάζκεο), νη νπνίεο απέρνπλ κεηαμύ ηνπο: hc Αθόκε θαη ην πην απιό άηνκν (πδξνγόλν) κπνξεί λα έρεη ηνπιάρηζηνλ 200 ελεξγεηαθέο ζηάζκεο, θάζε κηα από ηηο νπνίεο κπνξεί λα θηινμελεί ειεθηξόληα. Τα ειεθηξόληα κε ελέξγεηα κεγαιύηεξε από θάπνηα όξηα, δελ κπνξνύλ λα ζπγθξαηνύληαη ζην άηνκν θαη απνδεζκεύνληαη από απηό, θαζηζηώληαο ην άηνκν ηνληζκέλν.

Ζ δνκή ησλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ Κάζε θαζκαηηθή γξακκή πξνθύπηεη από κία ζπγθεθξηκέλε κεηάπησζε ειεθηξνλίνπ από κία ζηάζκε ζε κία άιιε. Ζ ελέξγεηα απηή είλαη κνλνζήκαληα πξνθαζνξηζκέλε, θαη επνκέλσο ε εθπεκπόκελε αθηηλνβνιία είλαη κνλνρξσκαηηθή. Ζ θύζε ηνπ αηόκνπ όκσο πξνθαιεί κηθξέο δηαθπκάλζεηο απηήο ηεο ελέξγεηαο θαη έηζη νη θαζκαηηθέο γξακκέο δελ είλαη απείξσο ιεπηέο. Παξνπζηάδνπλ δνκή, ε νπνία θαζηζηά ηηο γξακκέο επξείεο θαη πξνθαιείηαη από δηάθνξνπο παξάγνληεο.

Ζ δηεύξπλζε ησλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ νθείιεηαη ζε δηάθνξνπο παξάγνληεο: Γηεύξπλζε ιόγσ θαηλνκέλνπ Doppler: ηα άηνκα βξίζθνληαη ζε δηαξθή ζεξκηθή ή ηπξβώδε θίλεζε κέζα ζην αέξην. Απηό πξνθαιεί δηεύξπλζε 0.02 nm ζηηο γξακκέο ηνπ πδξνγόλνπ. Δπίζεο νη αζηέξεο θαη ηα νπξάληα ζώκαηα γεληθόηεξα θηλνύληαη ζην ρώξν. Ζ πεξηζηξνθή ησλ αζηέξσλ έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηε δηεύξπλζε ησλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ, δηόηη ην θαηλόκελν Doppler γίλεηαη αηζζεηό ζηα όξηα ησλ αζηέξσλ πνπ πιεζηάδνπλ ή απνκαθξύλνληαη από ηνλ παξαηεξεηή. Δπηπιένλ, ζε θάπνηεο πεξηπηώζεηο αζηέξσλ παξαηεξνύληαη ζπζηνιέο ή δηαζηνιέο ηεο επηθάλεηάο ηνπο ή ησλ αεξίσλ θειπθώλ πνπ ηα πεξηβάιινπλ, κε απνηέιεζκα ηελ πεξαηηέξσ δηεύξπλζε ησλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ. Κβαληηθή δηεύξπλζε: ε αξρή απξνζδηνξηζηίαο ηνπ Heisenberg νξίδεη όηη ε ελέξγεηα πνπ έρνπλ ηα ειεθηξόληα ζην άηνκν δελ είλαη απόιπηα πξνζδηνξηζκέλε. Ζ αθξίβεηα πξνζδηνξηζκνύ εμαξηάηαη από ην ρξόλν πνπ ην θάζε ειεθηξόλην βξίζθεηαη ζε θάζε ζηνηβάδα. Απηό πξνθαιεί δηεύξπλζε 10-6 nm ζηηο θαζκαηηθέο γξακκέο. Γηεύξπλζε ιόγσ ζπγθξνύζεσλ ή πίεζεο: ηα άηνκα αιιειεπηδξνύλ κεηαμύ ηνπο (ιόγσ ζπγθξνύζεσλ ή αθόκε θαη ειεθηξνζηαηηθά θαηλόκελν Stark) κε απνηέιεζκα λα αιιάδνπλ ειαθξώο νη ελεξγεηαθέο ζηάζκεο ησλ αηόκσλ. Μαγλεηηθή δηεύξπλζε (Zeeman): ην καγλεηηθό πεδίν δηαζπά ηηο ελεξγεηαθέο ζηάζκεο ζε πεξηζζόηεξεο από κία, πξνζζέηνληαο (ή αθαηξώληαο) ελέξγεηα ζην spin ηνπ ειεθηξνλίνπ.

Το υάσμα βαθμονόμησης (Hg Ne Xe) 7032 Å 5461 Å 4358 Å 4047 Å

Ζ ζεκαζία ηεο θαζκαηνζθνπίαο Ζ θαζκαηνζθνπία είλαη ε πην ζεκαληηθή κέζνδνο αζηξνλνκηθήο παξαηήξεζεο. Φάξε ζηνπο θαζκαηνγξάθνπο ζπιιέγνπκε πνιύηηκεο πιεξνθνξίεο γηα ηε ρεκηθή ζύζηαζε ησλ νπξαλίσλ ζσκάησλ, ηε ζρεηηθή πξνο ηε Γε ηαρύηεηα θαη απόζηαζή ηνπο, ηε ιακπξόηεηα, ηελ θαηάζηαζε ηνληζκνύ ηνπο, θαζώο θαη ηελ θηλεηηθή θαηάζηαζε ηεο επηθάλεηάο ηνπο. Έκκεζα ζπιιέγνπκε πιεξνθνξίεο γηα ηελ ειηθία, ηε ζεξκνθξαζία, ηελ ππθλόηεηα θαη ηε κάδα ησλ αζηέξσλ. Αλάινγα κε ηε ρξήζε ηνπο ρσξίδνληαη ζε: ειηαθνύο θαζκαηνγξάθνπο θαζκαηνειηνγξάθνπο αζηξηθνύο θαζκαηνγξάθνπο θαζκαηνγξάθνπο αθηίλσλ-φ θηι

Δπαηζζεζία θαζκαηνγξάθσλ επίδξαζε 1) Καηξηθέο ζπλζήθεο (δηαύγεηα) 2) Υγξαζία 3) Υςόκεηξν 4) Αηκνζθαηξηθή δηαηαξαρή (seeing) 5) Θεξκνθξαζηαθέο κεηαβνιέο 6) Άλεκνη 7) Φσηνξξύπαλζε κεγάιε κεγάιε κεγάιε κεγάιε κεγάιε κεγάιε κηθξή

Γεξνζηαζνπνύιεην Παλεπηζηεκηαθό Αζηεξνζθνπείν, Αζήλα

Αζηξνλνκηθόο Σηαζκόο Κξπνλεξίνπ, Κόξηλζνο

David Dunlap Observatory (DDO), Toronto, Canada

Δζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ Κνζκάο Γαδέαο Μέξνο Β Βαζκνλόκεζε θάζκαηνο Φαζκαηηθή ηαμηλόκεζε Φάζκαηα δηπιώλ αζηξηθώλ ζπζηεκάησλ Δθαξκνγέο θαζκαηνζθνπίαο

Βαζκνλόκεζε θάζκαηνο Ζ επεμεξγαζία ησλ θαζκάησλ πεξηιακβάλεη ηε θιαζζηθή επεμεξγαζία ςεθηαθήο εηθόλαο (δηόξζσζε κε ηηο εηθόλεο bias, dark, flat) θαη ζηε ζπλέρεηα ηελ αλαγσγή ηεο δηδηάζηαζεο εηθόλαο ζε κνλνδηάζηαηε (θσηνκεηξηθό εγγξάθεκα). Ζ αλαγσγή απηή γίλεηαη κε κηα θσηνκεηξηθή ζάξσζε ηεο εηθόλαο ηνπ θάζκαηνο θαηά κήθνο ηνπ άμνλα ηεο δηαζπνξάο. Κάζε θάζκα έρεη κεηαβαιιόκελε έληαζε ζηα δηάθνξα κήθε θύκαηνο. Γηα λα γίλεη πην εύθνια ε αλάιπζε, θάζε θάζκα πξέπεη λα θαλνληθνπνηεζεί, έηζη ώζηε ε κέγηζηε έληαζε ζε όια ηα κήθε θύκαηνο λα είλαη ίζε κε ηε κνλάδα. Πξηλ ηελ αλάιπζε, θάζε θάζκα πξέπεη λα βαζκνλνκεζεί (αληηζηνηρία pixel κε πξαγκαηηθό κήθνο θύκαηνο) κε ηε βνήζεηα ησλ θαζκάησλ βαζκνλόκεζεο. Απηά ηα θάζκαηα ιακβάλνληαη κε ηε βνήζεηα εηδηθώλ ιπρληώλ θαζκάησλ εθπνκπήο, νη νπνίεο έρνπλ απόιπηα γλσζηέο θαζκαηηθέο γξακκέο.

Αξρηθή εηθόλα (αζηξηθό θάζκα) Σάξσζε αξρηθήο εηθόλαο (pixels) 400 600 800 1000 1200 1400 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Καλνληθνπνίεζε (κέγηζηε έληαζε =1) θαη βαζκνλόκεζε 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 ι (Å)

Φαζκαηηθή ηαμηλόκεζε Ζ ηαμηλόκεζε γίλεηαη κε ζύγθξηζε ησλ αγλώζησλ θαζκάησλ κε άιια, γλσζηά. α Cas (K0) ε Peg (K0)

α Cas (K0) ε Peg (K0)

Αζηέπερ Φαζμαηικού Τύπος Ο, B, A, F, G, Κ O9 V B5 V A5 V F5 V G5 V K5 V Ηβ He He Mg

Φαζμαηοθωηομεηπία Αζηέπων Ο, B, A, F, G, Κ -0.5-0.6-0.7-0.8-0.9-1 O9V -1.1-1.2-1.3-1.4 B5V -1.5-1.6-1.7-1.8-1.9 A5V -2-2.1-2.2-2.3 F5V -2.4-2.5-2.6-2.7-2.8 G5V -2.9-3 -3.1-3.2 K5V -3.3-3.4-3.5-3.6-3.7-3.8-3.9-4 -4.1-4.2-4.3-4.4-4.5 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 5450 5550 Wavelength (Ångström)

-23-2 O8V -3 O9V B0V B1V -4 B2V B3V -5 B4V B5V B6V -6 B7V B8V -7 B9V A0V A1V -8 A2V A3V -9 A4V A5V A6V -10 A7V A8V -11 A9V F0V F1V -12 F2V F3V -13 F4V F5V F6V -14 F7V F8V -15 F9V G0V G1V -16 G2V G3V -17 G4V G5V G6V -18 G7V G8V -19 G9V K0V K1V -20 K2V K3V -21 K4V K5V K6V -22 K7V 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 5450 5550 Wavelength (Ångström)

-23-2 O8V -3 O9V B0V B1V -4 B2V B3V -5 B4V B5V B6V -6 B7V B8V -7 B9V A0V A1V -8 A2V A3V -9 A4V A5V A6V -10 A7V A8V -11 A9V F0V F1V -12 F2V F3V -13 F4V F5V F6V -14 F7V F8V -15 F9V G0V G1V -16 G2V G3V -17 G4V G5V G6V -18 G7V G8V -19 G9V K0V K1V -20 K2V K3V -21 K4V K5V K6V -22 K7V 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 5450 5550 Wavelength (Ångström)

Αζηέπερ Φαζμαηικού Τύπος F(0-9) V 1.0 0.8 F0 0.6 0.4 F1 0.2 0.0 F2-0.2-0.4 F3-0.6-0.8 F4-1.0-1.2 F5-1.4-1.6 F6-1.8-2.0 F7-2.2-2.4 F8-2.6-2.8 F9-3.0-3.2-3.4-3.6 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 5450 5550

Spectral Line Intensity Ratio (S.L.I.R.) FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 S.L.I.R. = Hydrogen Metal FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

RES^2 1.0 0.9 0.8 0.7 FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 0.1 0.0 A F G K 10 20 30 40 50 FeI 5065.0 NiI 5042.0 FeII 4957.6 FeI 4891.5 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

RES^2 RES^2 1.0 0.9 0.8 0.7 FeI 5328.0 CrI 5298.3 FeII 5270.4 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 MgI 5183.6 MgI 5172.7 MgI 5167.3 0.1 0.0 A F G K 10 20 30 40 50 FeI 5065.0 1.0 0.9 0.8 NiI 5042.0 0.7 0.6 0.5 0.4 FeII 4957.6 0.3 0.2 0.1 FeI 4891.5 0.0 A F G K 10 20 30 40 50 MnI 4823.5 Φαζμαηικόρ Τύπορ

RES^2 RES^2 Φαζμαηική Ταξινόμεζε 1.0 HIP 23835 5.5 mag V1130 Tau 6.7 mag 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 10 20 30 40 50 A F G K 0.0 10 20 30 40 50 A F G K HIP 23835 G0.7 V (±0.3) Βιβλιογπαθία: G1 V Θεπμοκπαζία: 5900 (±30) Κ V1130 Tau F2.3 V (±0.4) Βιβλιογπαθία: F3 V Θεπμοκπαζία: 6700 (±40) Κ

Φάζκαηα δηπιώλ αζηέξσλ Οη θαζκαηηθέο γξακκέο ζηα δηπιά αζηξηθά ζπζηήκαηα εκθαλίδνληαη δηπιέο, αθνινπζώληαο ην θαηλόκελν Doppler. Οη θηλήζεηο ηνπο είλαη πεξηνδηθέο θαη από ηε κνξθή ηνπο κπνξνύκε λα κειεηήζνπκε ηηο ηξνρηέο ησλ δύν αζηέξσλ, θαζώο θαη ην ιόγν καδώλ ηνπο.

Φάζκαηα δηπιώλ αζηέξσλ Ο ιόγνο καδώλ ησλ κειώλ ελόο δηπινύ ζπζηήκαηνο επεξεάδεη ηελ ηξνρηά ηνπο, γεγνλόο πνπ αληηθαηνπηξίδεηαη ζηα θάζκαηα. q=1 q=0.5 q=0.1 q=0.01 q=1 e = 0.2

Φασματοσκοπία - Spectroscopy Μέηπεζε ηασςηήηων, πποζδιοπιζμόρ ηποσιών κ.α.

Φάζκαηα δηπιώλ αζηέξσλ Ζ έληαζε ησλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ αληηθαηνπηξίδεη θαη ηε ιακπξόηεηα ησλ κειώλ ηνπ ζπζηήκαηνο.

Eclipsing Binary V1130 Tau (F3 V, Vmag=6.7) υ = 0.22 υ = 0.35 υ = 0.45

Eclipsing Binary V1130 Tau υ = 0.22 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 υ = 0.35 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 υ = 0.45 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

Radial Velocity (km/sec) Radial Velocity V1130 Tau (F3 V, Vmag=6.7) 250 200 150 100 50 0-50 Primary Secondary -100-150 -200-250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Phase

Radial Velocity (km/sec) Radial Velocity V1130 Tau (F3 V, Vmag=6.7) 250 200 150 100 50 0-50 Primary Secondary -100-150 -200-250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Phase

Radial Velocity (km/sec) Radial Velocity V1130 Tau (F3 V, Vmag=6.7) 250 200 150 100 50 0-50 Pri (Kry) Sec (Kry) Pri (Zog) Sec (Zog) -100-150 -200-250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Phase

Radial Velocity (km/sec) Radial Velocity (km/sec) Radial Velocity V1130 Tau (F3 V, Vmag=6.7) 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Phase Pri (Kry) Primary Sec (Kry) Secondary Pri (Zog) Sec (Zog) K2 (km/sec) 160.00(5.00) K1 (km/sec) 147.00(5.00) γ (km/sec) -13.00(5.00) q=m2/m1=k1/k2 0.919(0.050) Kryoneri Astronomical Station, Korinth, Greece University of Athens Observatory, Athens, Greece 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Phase Primary Secondary K2 (km/sec) 160.11(0.74) K1 (km/sec) 147.21(0.63) γ (km/sec) -12.74(0.46) q=m2/m1=k1/k2 0.919(0.007) David Dunlap Observatory, Toronto, Canada

Δθαξκνγέο αζηξνλνκηθήο θαζκαηνζθνπίαο Μέηξεζε ρεκηθήο ζύζηαζεο θαη ηαρύηεηαο πεξηζηξνθήο (πιαλήηεο, αζηέξεο) Φαζκαηηθή ηαμηλόκεζε αζηέξσλ Μέηξεζε αζηξηθώλ αλέκσλ Μέηξεζε αθηηληθώλ ηαρπηήησλ (πεξηζηξνθή κειώλ δηπινύ ζπζηήκαηνο, πεξηζηξνθή θαη πεξηθνξά πιαλεηώλ, αθηηληθέο ηαρύηεηεο γαιαμηώλ) Φάζκαηα εθηάθησλ αζηξνλνκηθώλ θαηλνκέλσλ (novae, supernovae, θνκήηεο, θαηαθιπζκηθνί αζηέξεο) Φάζκαηα λεθεισκάησλ (ρεκηθή ζύζηαζε θαη ηαμηλόκεζε) Ταμηλόκεζε/Γηαρσξηζκόο δηπιώλ εθιεηπηηθώλ θαη παιιόκελσλ αζηέξσλ

β Lyr (B7V+A8V) (3.9 mag)

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0-3.2-3.4-3.6-3.8-4.0-4.2-4.4-4.6-4.8-5.0-5.2-5.4-5.6-5.8-6.0-6.2-6.4-6.6-6.8-7.0-7.2-7.4-7.6-7.8-8.0-8.2-8.4-8.6-8.8-9.0-9.2-9.4-9.6-9.8-10.0-10.2-10.4-10.6-10.8-11.0-11.2-11.4-11.6-11.8-12.0-12.2-12.4-12.6-12.8-13.0-13.2-13.4 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 5450 5550

Πεπιζηποθή πλανεηών Vrot=12.5(±3.0) km/s Vrot=12.6 km/s

Πεπιζηποθή πλανεηών Vrot=9.5(±3.0) km/s Vrot=9.9 km/s Vrot=12.5(±3.0) km/s Vrot=12.6 km/s Vrot=9.1(±3.0) km/s Vrot=9.3 km/s

Πεπιζηποθή Κπόνος

Πεπιθοπά Γία (21 Οκηωβπίος 2008) VEJ=25.1(±1.6) km/s VEJ=26.87 km/s VJ=13.1 km/s VE=29.8 km/s

Ακτινική ταχύτητα αστέρων Λαμπαδίας (α Tau) γ = +52.5 (±1.5) km/s γ = +53.8 km/s

Φάζμαηα Πλανεηών Ηλιακού Σςζηήμαηορ 1.0 0.8 Sun 0.6 0.4 Moon 0.2 Jupiter 0.0-0.2 Saturn -0.4-0.6 Uranus -0.8-1.0 Neptune -1.2-1.4-1.6 4750 4850 4950 5050 5150 5250 5350 5450 5550 Wavelength

χ Cyg (S6e - M0)

Ιδιάδοςζερ πεπιπηώζειρ χ Aqr χ Cyg β Lyr R And W Cas

M57 (Ring nebula) M42 (Orion nebula) H β OIII OIII (4861) (4959) (5007)

Algol (B8V) (2.9 mag) Altair (A7V) (0.9 mag)

Multi-object Spectroscopy Λήςε θάζκαηνο πνιιώλ αληηθεηκέλσλ κε κία έθζεζε. Απηό κπνξεί λα γίλεη κε δύν κεζόδνπο: Τνπνζεηώληαο έλα δηάθξαγκα ζην εζηηαθό επίπεδν ηνπ ηειεζθνπίνπ κε πνιιέο ζρηζκέο (έλα αληηθείκελν ζε θάζε ζρηζκή) Φξεζηκνπνηώληαο νπηηθέο ίλεο ζην εζηηαθό επίπεδν, νη νπνίεο ιακβάλνπλ θσο από δηαθνξεηηθέο πεγέο ηνπ νπξαλνύ (νη ίλεο κπνξνύλ λα ηνπνζεηεζνύλ ζηε ζεηξά θαη λα θαηεπζπλζνύλ κπξνζηά ζηε ζρηζκή ηνπ θαζκαηνγξάθνπ) Οη ηερληθέο απηέο έρνπλ αλαπηπρζεί θαηά ηε δεθαεηία ηνπ 80 θαη ηειεηνπνηήζεθε θαηά ηε δεθαεηία ηνπ 90.

Multi-object spectrograph

Multi-slit Spectroscopy Παξάδεηγκα εηθόλαο από θαζκαηνγξάθν πνιιαπιώλ ζρηζκώλ. Πνιύ εύθνιν λα γίλεη κε κηα εηθόλα (ηνπνζεηώληαο ζρηζκέο ή νπέο ζην εζηηαθό επίπεδν). Ζ πξνεηνηκαζία πξηλ ηελ έθζεζε είλαη ρξνλνβόξα θαη πεξίπινθε. Πξέπεη λα εμαζθαιηζηεί όηη δε ζα ππάξρεη αιιεινεπηθάιπςε θαζκάησλ.

Integral Field Spectroscopy Φαζκαηνζθνπία εθηεηακέλσλ αληηθεηκέλσλ κε ηε ιήςε πνιιώλ θαζκάησλ. Γεκηνπξγία κηαο δηάηαμεο 2D κε ζρηζκέο ή νπηηθέο ίλεο (mirror slicer) κε ζθνπό ηε ιήςε θάζκαηνο από θάζε πεξηνρή ηεο εηθόλαο. Tiger SIFS MPI s 3D

Δζληθό θαη Καπνδηζηξηαθό Παλεπηζηήκην Αζελώλ Κνζκάο Γαδέαο Μέξνο Γ Δπεμεξγαζία θαζκαηνζθνπηθώλ παξαηεξήζεσλ Δθαξκνγή ζε θάζκαηα από ην Παλεπηζηεκηαθό Αζηεξνζθνπείν Αζελώλ