КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина IV

ОСНОВИ ТЕОРЕТИЧНОЇ ТА ПРАКТИЧНОЇ АСТРОФІЗИКИ

Розділ 10

МЕТОДИ РЕЄСТРАЦІЇ ВИПРОМІНЮВАННЯ НЕБЕСНИХ ТІЛ

10.2. Допоміжні прилади

Світлофільтри. Світлофільтром називається оптичне середовище (ним може бути пластинка, виготовлена із спеціального скла з кольоровими домішками, зафарбований розчин тощо), яке пропускає випромінювання лише в певній спектральній ділянці довжин хвиль. Для кожного світлофільтра можна побудувати криву пропускання, за якою визначають прозорість фільтра залежно від його товщини і довжини хвилі випромінювання (рис. 10.2 і рис. 8.3). Однією з характеристикою світлофільтра є півширина кривої пропускання Δλ — ширина смуги між точками кривої пропускання, для яких коефіцієнт пропускання φ(λ) дорівнює половині його максимального значення.

image86

Рис. 10.2. Криві пропускання скляних світлофільтрів: жовто-зеленого (V) і синього (B)

Світлофільтри, для яких Δλ > 300 А, називаються широкосмуговими, при Δλ = 100—300 А — середньосмуговими і при Δλ < 100 А — вузькосмуговими. За вузькосмуговий фільтр іноді беруть інтерферометри Фабрі-Перо, для яких спектральна ширина пропускання випромінювання усього близько 20 А.

Ще вужчі смуги пропускання мають інтерференційно-поляризаційні фільтри, в яких півширина смуги пропускання досягає 0,5 А і навіть 0,1 А. Вони складаються з декількох (8—14) тонких пластинок (товщиною від одного до десяти міліметрів), виготовлених з кристалів кварцу (ісландського шпату), що чергуються з поляроїдами.

Спектрографи. За допомогою призми або дифракційної гратки паралельний пучок світла можна розкласти у спектр. У першому випадку спектральний апарат називається призмовим, у другому — дифракційним спектрографом.

Промені світла, які будують зображення небесного світила у фокальній площині, не паралельні. Тому обов'язковим елементом спектрального апарата є коліматор — об'єктив або дзеркало, яке встановлюють перед призмою (граткою) і яке перетворює розбіжний пучок світла, що йде від щілини, у паралельний. Другий об'єктив L' будує зображення щілини (фактично — цілого спектра) у фокальній площині спектрографа (рис. 10.3).

image87

Рис. 10.3. Принципова схема дифракційного спектрографа

Одною з найважливіших характеристик спектрографа є його роздільна здатність R = λ/Δλ, де Δλ — відстань між двома лініями, які в спектрі вже видно як окремі. Чим вищою є роздільна здатність спектрографа, тим детальнішим є спектр і тим більше інформації можна одержати з його аналізу.

Іншою характеристикою є лінійна дисперсія — довжина спектра (у мм), що відповідає одиниці довжин хвиль (1 А). На практиці користуються зворотною мірою — визначають кількість ангстремів, які вміщуються в 1 мм

(зворотна лінійна дисперсія). Роздільна здатність звичайного призмового спектрографа дорівнює 20 000—50 000 (поблизу λ = 4000 А), зворотна лінійна дисперсія — 15—40 А/мм. Сучасні дифракційні спектрографи мають роздільну здатність більшу, ніж 100 000. У якості реєструючого приладу спектрографа зараз використовують ПЗЗ.

На рис. 10.4 показаний фрагмент спектра зорі, одержаний за допомогою двох дифракційних спектрографів з різним значенням роздільної здатності R.

image88

Рис. 10.4. Фрагмент спектра зорі надгіганта μ Per для двох значень роздільної здатності спектрографа R = 20 000 і R = 60 000

Прилади фотоелектронного зображення. Для посилення яскравості слабких об'єктів, скорочення експозиції, збільшення проникної здатності, розширення діапазону в ультрафіолетову та інфрачервону частину спектра успішно використовують електронні камери, електронно-оптичні перетворювачі (ЕОП) і телевізійні системи. У цих приладах зображення будується не безпосередньо світлом від джерела, а потоками електронів.

Електронна камера — це вакуумний балон, в якому розташовані фотокатод і пластинка з електронографічною емульсією (чутливою до електронного удару). На напівпрозорому фотокатоді, встановленому у фокальній площині телескопа, будується світлове зображення певної ділянки неба. Під дією світла з фотокатода вириваються фотоелектрони, які завдяки прикладеній напрузі (близько 30 кіловольт) прискорюються у напрямі до емульсії. За допомогою електростатичного або магнітного фокусування тут будується електронне зображення, яке відповідає світловому зображенню джерела на фотокатоді. Камера під час роботи охолоджується рідким азотом до 77 К. Ефективність електронної камери приблизно у десять разів вища порівняно з прямим фотографуванням на високочутливу емульсію. Наприклад, за допомогою телескопа з діаметром дзеркала 2,2 м за 40 хв. електронна камера дозволяє отримувати зображення зір до 24,3m.

Сконструйовано електронні камери (зокрема, спектракони), в яких електронографічна емульсія встановлена поза вакуумним балоном. Ці прилади виявилися дуже ефективними для реєстрації спектрів гранично слабких зір.

Простий електронно-оптичний перетворювач (ЕОП) нагадує однокаскадний фотопомножувач, в якого анод виготовлено у вигляді циліндричної трубки, що виконує функції фокусуючої системи. Фотоелектрони вільно проскакують крізь неї і потрапляють на екран, покритий люмінофором — сульфідом цинку чи кадмію. Ударяючись в екран, електрони різко гальмуються, й екран світиться (флюоресціює). Так електронне зображення перетворюється у світлове, яке вже реєструється звичайним способом. Тим самим інфрачервоне зображення завдяки ЕОП трансформується у видиме. Зараз широко використовують каскадні ЕОП — об'єднання декількох ЕОП в одному вакуумному балоні. Завдяки цьому досягають посилення освітленості у 108 разів.

При конструюванні ЕОП застосовують волоконну оптику. У діджіконах — приладах з прямим перетворенням підсиленого електронного зображення в електричний сигнал — люмінесцентний екран замінений діодною матрицею. Тут дані реєструються в режимі лічби фотонів, точніше, лічби окремих імпульсів, що утворюються потоками електронів, які виникають внаслідок виривання фотоелектрона з фотокатода при поглинанні кванта світла.

Великий виграш у часі при спостереженнях слабких об'єктів отримують за допомогою телевізійних систем. Телевізійний метод використовують в астрономії з 50-х років XX ст. Він дає змогу значно посилювати блиск слабких об'єктів, передавати зображення від телескопа в лабораторне приміщення, збільшувати масштаб зображення, його контрастність і яскравість, розглядати це зображення або фотографувати його.

Телевізійний телескоп складається з п'яти основних блоків електронної апаратури: передавальної телевізійної трубки, відеопідсилювачів, каналу зв'язку, приймальної телевізійної трубки — кінескопа, блоків живлення та регулювання режиму роботи. В астрономії використовують декілька типів передавальних трубок — суперортікон, відікон і супервідікон. При цьому досягається посилення освітленості у 106—108 разів. Ефективність телевізійної системи буде значно вищою, якщо її використати разом з каскадним ЕОП. Так, на телескопі з діаметром головного дзеркала усього 0,5 м отримують зображення зорі 20m при експозиції 4 с.

Завдяки телевізійному методові з'явилася спекл-інтерферометрія — метод отримування моментального зображення об'єкта (при експозиціях декілька сотих часток секунди), діаметр якого близький до дифракційного. Тим самим усувається ефект розсіювання світлових променів на неоднорідностях атмосфери. Зіставлення таких окремих зображень досліджуваного об'єкта і їх спеціальна статистична обробка дає змогу визначити його просторову структуру. Так, зокрема, можна виявити неоднорідності на поверхні окремих зір-надгігантів, або «побачити» окремі компоненти у подвійних зоряних системах.

Поляриметри. Як відомо, коливання електричного і магнітного векторів в електромагнітній хвилі відбувається у напрямах, перпендикулярних до напряму поширення хвилі. Для кожної хвилі, випроміненої конкретним атомом, можна вказати площину, в якій відбувається коливання вектора напруженості електричного поля (площину поляризації). Як правило, спостережуване випромінювання у своїй сумі неполяризоване. Якщо площини поляризації усіх хвиль від джерела є паралельними, то його випромінювання є повністю поляризованим. Якщо ж у випромінюванні є тільки певний домішок поляризованого світла, то воно називається частково поляризованим. Ефект поляризації виникає при відбиванні неполяризованого світла від середовища, при розсіюванні на пилинках, атомах або електронах. Це використовують при виготовленні аналізаторів, що є складовою частиною поляриметра — приладу для вимірювання ступеня поляризації світла.

Поляриметр встановлюють перед фокальною площиною телескопа. Повертаючи аналізатор навколо оптичної осі телескопа, визначають інтенсивність поляризованого випромінювання при різній його орієнтації. Для поляризованого світла є деяке положення аналізатора (певний позиційний кут), при якому інтенсивність випромінювання найбільша. Це — максимум поляризації Іmax · У перпендикулярному напрямі інтенсивність випромінювання буде найменшою — Іmin . Величинаimage89називаєтьсяступенем поляризації (вимірюється у відсотках).

Як згадувалося, поляризованим є синхротронне випромінювання: у ньому електричний вектор перпендикулярний до напряму магнітного поля, в якому гальмуються релятивістські електрони.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.