Спектральные наземные исследования - Оптическая астрономия
Рассмотрим основные типы спектральных приборов, применяемых в астрономии. Впервые спектры звезд и планет начал наблюдать в прошлом веке итальянский астроном Секки. После его работ спектральным анализом занялись многие астрономы. Вначале использовались визуальный спектроскоп, потом спектры стали фотографировать, а сейчас применяются также и фотоэлектрическая запись спектра. Спектральные приборы с фотографической регистрацией спектра обычно называют спектрографами, а с фотоэлектрической - спектрометрами.
На рисунке дана оптическая схема призменного спектрографа. Перед призмой находятся щель и объектив, которые образуют коллиматор. Коллиматор посылает на призму параллельный пучок лучей. Коэффициент преломления материала призмы зависит от длины волны. Поэтому после призмы параллельные пучки, соответствующие различным длинам волн, расходятся под различными углами, и второй объектив (камера) дает в фокальной плоскости спектр, который фотографируется. Если в фокальной плоскости камеры поставить вторую щель, то спектрограф превратиться в монохроматор. Перемещая вторую щель по спектру или поворачивая призму, можно выделять отдельные более или менее узкие участки спектра. Если теперь за выходной щелью монохроматора поместить фотоэлектрический приемник, то получится спектрометр.
В настоящее время наряду с призменными спектрографами и спектрометрами широко применяются и дифракционные. В этих приборах вместо призмы диспергирующим (т. е. разлагающим на спектр) элементом является дифракционная решетка. Наиболее часто используется отражательные решетки.
Отражательная решетка представляет собой алюминированое зеркало, на котором нанесены параллельные штрихи. Расстояние между штрихами и их глубина сравнимы с длинной волны. Например, дифракционные решетки, работающие в видимой области спектра, часто делаются с расстоянием между штрихами 1,66 мк (600 штрихов на 1 мм). Штрихи должны быть прямыми и параллельными друг другу по всей поверхности решетки, и расстояние между ними должно сохраняться постоянным с очень высокой точностью. Изготовление дифракционных решеток, поэтому является наиболее трудным из оптических производств.
Получая спектр с помощью призмы, мы пользуемся явлением преломления света на границе двух сред. Действий дифракционной решетки основано на явлении другого типа - дифракция и интерференция света. Заметим, что она дает, в отличи и от призмы, не один, а несколько спектров. Это приводит к определенным потерям света по сравнению с призмой. В результате применения дифракционных решеток в астрономии долгое время ограничивалось исследованиями Солнца. Указанный недостаток был устранен американским оптиком Вудом. Он предложил придавать штрихам решетки определенный профиль, такой, что большая часть энергии концентрируется в одном спектре, в то время как остальные оказываются сильно ослабленными. Такие решетки называются направленными или эшелеттами.
Особенности оптической схемы и конструкции астрономических спектральных приборов сильно зависит от конкретного характера задач, для которых они предназначены. Спектрографы, построенные для получения звездных спектров (звездные спектрографы), заметно отличаются от небулярных, с которыми исследуются спектры туманностей. Солнечные спектрографы тоже имеют свои особенности. Реальная разрешающая сила астрономических приборов зависит от свойств объекта. Если объект слабый, т. е. от него приходит слишком мало света, то его спектр нельзя исследовать очень детально, так как с увеличением разрешающей силы количество энергии, приходящей на каждый разрешаемый элемент спектра, уменьшается. Поэтому самую высокую разрешающую силу имеют, естественно, солнечные спектральные приборы. У больших солнечных спектрографов она достигает 106. Линейная дисперсия этих приборов достигает 10 мм/Е (0,1 Е/мм).
При исследовании наиболее слабых объектов приходится ограничиваться разрешающей силой порядка 100 или даже 10 и дисперсиями ~1000 Е/мм. Например, спектры слабых звезд получаются с помощью объективной призмы, которая является простейшим астрономическим спектральным прибором. Объективная призма ставиться прямо перед объективом телескопа, и в результате изображение звезд растягиваются в спектр. Камерой служит сам телескоп, а коллиматор не нужен, поскольку свет от звезды приходит в виде параллельного пучка. Такая конструкция делает минимальными потери света из-за поглощения в приборе. На рисунке приведена фотография звездного поля, полученная с объективной призмой.
Грубое представление о спектральном составе излучения можно получить с помощью светофильтров. В фотографической и визуальной областях спектра часто применяют светофильтры из окрашенного стекла. На рисунке приведены кривые, показывающие зависимость пропускания от длины волны для некоторых светофильтров, комбинируя которые с тем или иным приемником, можно выделить участки не уже нескольких сотен ангстрем. В светофильтрах из окрашенного стекла используется зависимость поглощения (абсорбции) света от длины волны. Светофильтры этого типа называются абсорбционными. Известны светофильтры, в которых выделение узкого участка спектра основано на интерференции света. Они называются интерференционными и могут быть сделаны довольно узкополосными, позволяющими выделять участки спектра шириной в несколько десятков ангстрем. Еще более узкие участки спектра (шириной около 1 ангстрема) позволяют выделять интерференционно-поляризационные светофильтры.
С помощью узкополосных светофильтров можно получить изображение объекта в каком-либо интересном участке спектра, например, сфотографировать солнечную хромосферу в лучах H a (красная линия в бальмеровской серии спектра водорода), солнечную корону в зеленой и красной линиях, газовые туманности в эмиссионных линиях.
Для солнечных исследований разработаны приборы, которые позволяют получить монохроматические изображения в любой длине волны. Это - спектрогелиограф и спектрогелиоскоп. Спектрогелиограф представляет собой монохроматор, за выходной щелью которого находится фотографическая кассета. Кассета движется с постоянной скоростью в направлении, перпендикулярном выходной щели, и с такой же скоростью в плоскости выходной щели перемещается изображение Солнца. Легко понять, что в этом случае на фотографической пластинке получиться изображение Солнца в заданной длине волны, называемое спектрограммой. В спектрогелиоскопе, перед выходной щелью и после выходной щели устанавливаются вращающиеся призмы с квадратным сечением. В результате вращения первой призмы некоторый участок солнечного изображения периодически перемещается в плоскости входной щели. Вращение обеих призм согласованно, и если оно происходит достаточно быстро, то, наблюдая в зрительную трубу вторую щель, мы видим монохроматическое изображение Солнца.
Похожие статьи
-
Спектральный анализ небесных тел - Астрономия наших дней
Могучим оружием о исследовании Вселенной стал для астрономов спектральный анализ - изучение интенсивности излучения в отдельных спектральных линиях, в...
-
Схема и устройство оптических телескопов - Современная астрофизика
После того как в 1609 году Галилей впервые направил на небо телескоп, возможности астрономических наблюдений возросли в очень сильной степени. Этот год...
-
. Более 20 лет работают на околоземных орбитах специализированные спутники с УФ телескопами на борту, проводя астрономические наблюдения. Их инструменты...
-
Схема и устройство оптических телескопов - Оптическая астрономия
После того как в 1609 году Галилей впервые направил на небо телескоп, возможности астрономических наблюдений возросли в очень сильной степени. Этот год...
-
Достижения современной оптической астрономии, Использование ПЗУ-матриц ЭВМ - Оптическая астрономия
. Использование ПЗУ-матриц ЭВМ . Развитие физики твердого тела и достижения в области твердотельной технологии обеспечили возможность промышленного...
-
Использование спутниковых систем Земли для определения расстояния до звезд - Оптическая астрономия
Определение расстояний до тел солнечной системы основано на измерении их горизонтальных параллаксов. Параллаксы, определенные по параллактическому...
-
Использование фотографических методов - Оптическая астрономия
С середины прошлого века в астрономии стал применяться фотографический метод регистрации излучения. В настоящее время он занимает ведущее место в...
-
Достижения современной оптической астрономии, Использование ПЗУ-матриц ЭВМ - Современная астрофизика
Использование ПЗУ-матриц ЭВМ Развитие физики твердого тела и достижения в области твердотельной технологии обеспечили возможность промышленного...
-
История первых оптических наблюдений Трудно сказать, кто первый изобрел телескоп. Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до...
-
Оптические наблюдения - Астрономия наших дней
Человеческому глазу доступна узкая область длин волн электромагнитного спектра излучения - от 0,39 до 0,65 мкм. Это очень небольшая щель, сквозь которую...
-
Литература - Оптическая астрономия
. 1. Журнал "Земля и Вселенная" №1, 2, - 2000 г., №5 - 2000 г. 2. П. И. Бакулин "Курс общей астрономии" М., "Наука" 1977 г. 3. В. Л. Гинзбург...
-
Оптическое поглощение пылью - Строение Солнечной системы
Конечно, космические пылинки приводят к ослаблению света звезд, рассеивая и поглощая их излучение. Межзвездное поглощение света проявляется в виде...
-
Заключение - Оптическая астрономия
. Рассказ о строении окружающего нас звездного и галактического мира, об управляющих им законах, о путях его эволюции мы в целом воспринимаем сегодня как...
-
О создании крупного орбитального оптического телескопа - Оптическая астрономия
. Давно уже мечтали астрономы. Одним из первых и наиболее активных пропагандистов этой идеи стал в 40-50-х годах Л. Спицер из Принстонского университета....
-
Введение - Оптическая астрономия
Цель астрофизики - изучение физической природы и эволюции отдельных космических объектов, включая и всю Вселенную. Таким образом, астрофизика решает...
-
Управление МКА осуществляется с наземных пунктов управления на территории России. Их количество и место расположения выбирается таким образом, чтобы на...
-
Исследования Солнечной системы - Наша Солнечная система
Расширение спектрального диапазона наблюдений способствовало изучению планет и других объектов Солнечной системы. ИК-спектроскопия позволила определить...
-
Факелы, Солнечные инструменты - Солнце
Практически всегда пятна окружены яркими полями, которые называют факелами. Факелы горячее окружающей атмосферы примерно на 2000 К и имеют сложную...
-
Другие методы наблюдений - Астрономия наших дней
Радиоастрономия оптическое наблюдение Обо всем, что происходит вокруг нас, о далеких звездных и галактических мирах рассказывают нам световые лучи. Но в...
-
Исследование комет - Малые тела Солнечной системы
Проект "Вега" был одним из самых сложных в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: изучение...
-
Оптические методы Первые изображения Земли из космоса были получены с помощью фотокамеры. Эта методика применяется и в настоящее время. Спутник с...
-
Развитие рентгеновской астрономии
Рентгеновская астрономия - Раздел наблюдательной и теоретической астрофизики, исследующий источники космического рентгеновского излучения в области длин...
-
ВВЕДЕНИЕ, ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ МЗС - Газопылевые комплексы. Межзвездная среда
Вселенная, по своей сути, почти пустое пространство. Лишь сравнительно недавно удалось доказать, что звезды существуют не в абсолютной пустоте и что...
-
Строение Солнца - Солнце и его влияние на Землю
Солнце имеет атмосферу . Нижний слой солнечной атмосферы называется фотосферой. Температура фотосферы составляет примерно 5800 К. Солнечные пятна -...
-
Небо в рентгеновских лучах - Астрономия наших дней
До недавнего времени (положение начало существенно меняться лишь немногим более тридцати лет назад) понятие "астрономические наблюдения" было...
-
Строение, состав кометы - Исследование комет
Маленькое ядро кометы является единственной ее твердой частью, в нем сосредоточена почти вся ее масса. Поэтому ядро - первопричина всего остального...
-
Природа комет, их рождение, жизнь и смерть - Исследование комет
Откуда же приходят к нам "хвостатые звезды"? До сих пор об источниках комет ведутся оживленные дискуссии, но единое решение еще не выработано. Еще в...
-
Общие принципы астрономии - Прошлое и будущее Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и систем. Эта классическая наука в...
-
В качестве исходных представлений при интерпретации экзобиологических экспериментов необходимо принимать во внимание динамические свойства живых систем....
-
ПОКАЗАТЕЛЬ ЦВЕТА, СПЕКТРАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ - Цвет и температура звезд
Спектр звезды и ее температура тесно связаны с показателем цвета, т. е. с отношением яркостей звезды в желтом и голубом диапазонах спектра. Закон Планка,...
-
Причина свечения комет и их химический состав - Яркие кометы в астрономии
Во времена Ломоносова еще ничего не было известно о законе изменения блеска комет и тем более об их спектрах. Однако Михаил Васильевич Ломоносов со...
-
Введение - Исследование астероидов
О том, что в Солнечной системе между орбитами Марса и Юпитера движутся многочисленные мелкие тела, самые крупные из которых по сравнению с планетами...
-
Происхождение комет - Яркие кометы в астрономии
За обозримое прошлое человечества было открыто много комет. Каждая из них имеет свои особенности. На первых порах серьезного изучения комет никому не...
-
Астрономия и космонавтика - Развитие Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и их систем. Эта классическая...
-
Ядро и хвост кометы - Яркие кометы в астрономии
В отличие от мерцающих звезд и четко очерченных планет комета выглядит как туманное светящееся пятнышко. Это пятнышко называют головой кометы. Если...
-
Исследование Вселенной человеком. - Небесные тела
Астрономические наблюдения из Земли. Ученые делают снимки звездного неба и анализируют их. Мощные радиолокаторы прослушивают космическое пространство,...
-
Наблюдаемыми объектами радиоинтерферометрической сети являются естественные и искусственные космические радиоисточники. Научные задачи подразумевают...
-
Введение - Астрономия наших дней
Данный реферат посвящен современным вопросам астрономии - той области знаний, которые за последние годы дали наибольшее число научно-технических...
-
Астрономия и космонавтика - Сущность Галактики
Астрономия -- это наука о строении и развитии космических тел и их систем. В переводе с греческого "астрон" -- звезда и "номос" -- закон. В связи с...
-
Внутреннее строение Луны - Исследования Луны
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
Спектральные наземные исследования - Оптическая астрономия