Miedzynarodowy Rok Swiatla - Obserwatorium Astronomiczne II LO

Temat jednego ze spotkań:
Astronomia, światło,
technologie wykorzystujące
światło
Wykładowca:
Aleksandre Costa
Relacja Hanny Smolińskiej
z uczestnictwa w warsztatach
3
Autor Alexandre Costa podczas warsztatów
przybliżył następujące zagadnienia:
1.Czym jest światło, związki strumienia
promieniowania z energią
2. Wzajemne oddziaływania światła i materii
3. Emisja obiektów astronomicznych
4. Zjawiska świetlne obserwowane w astronomii
4
W poniższej prezentacji krótko omówię tylko niektóre
wybrane zagadnienia (z wielu innych zaprezentowanych
w czasie warsztatów) a mianowicie:
a. Zjawisko odbicia
(zastosowanie i obserwowane zjawiska)
b. Ekstynkcja (extinction and scattering)
c. Emisja w astronomii
5
a. Zjawisko odbicia
 a1 Teleskop
zwierciadlany
 a2 Zjawisko
światła popielatego
a1Teleskop zwierciadlany
Replika teleskopu zbudowanego przez Newtona
6
Szkocki matematyk i astronom
James Gregory, żyjący w XVII
wieku, zaprojektował teleskop
zwierciadlany i opisał go w 1663
w dziele Optica Promota.
Pierwsze próby zbudowania
instrumentu w oparciu o te plany
nie powiodły się. Po 10 latach,
dzięki pomocy Roberta Hookea,
udało się zbudować działający
teleskop. Projekt Gregory’ego
wyprzedzał czasowo podobny
teleskop Isaaca Newtona.
Newton jednak zbudował swój
teleskop wcześniej, w 1670.
a1Teleskop zwierciadlany cd.
7
Zbudowanie pierwszego działającego teleskopu zwierciadlanego przypisuje się
I. Newtonowi, który zaprojektował i wykonał instrument własnego pomysłu. Od XVII aż
do połowy XIX wieku zwierciadła teleskopów wykonywane były ze specjalnego brązu
łatwego do obróbki mechanicznej, ale posiadającego względnie niewielki współczynnik
odbijania światła i dość szybko tracącego swoje właściwości wskutek korozji. Z takiego
materiału zostało m.in. wykonane w 1789 roku zwierciadło 126 cm teleskopu Williama
Herschela oraz w 1845 roku 183 cm zwierciadło teleskopu Leviathana Parsonstowna.
Metalowe zwierciadła zostały wyparte przez szklane w II połowie XIX wieku, po
wynalezieniu technologii powlekania szkła cienką warstwą srebra, posiadającego znacznie
lepszy współczynnik odbicia.
Isaac Newton wg Jeana Leona Huensa
a2 Światło popielate
8
•
Poświata widoczna na aktualnie nieoświetlonej części Księżyca jest
widoczna dzięki światłu odbitemu od Ziemi, które oświetla "nocną
część" Srebrnego Globu. Zjawisko to jest szczególnie dobrze
widoczne w czasie fazy sierpa Księżyca – wtedy Ziemia widziana z
jego powierzchni jest w okolicy pełni.
a2 Światło popielate cd.
9
Swiatlo popielate cd.
Zdjęcie przedstawia sierp Księżyca nad Obserwatorium ESO Paranal w Chile. Można dostrzec
zarówno jasny sierp, jak i resztę tarczy Księżyca. Zjawisko to nazywane jest światłem
popielatym. Powstaje dzięki słonecznemu światłu odbitemu od Ziemi i oświetlającemu
księżycową powierzchnię. Obserwując światło popielate astronomowie mogą badać własności
światła odbitego od Ziemi, tak jakby była planetą pozasłoneczną i poszukiwać oznak istnienia na
niej życia. Fotografia została wykonana 27 października 2011 roku.
b. Ekstynkcja swiatla
10

Ekstynkcja jest podstawowym procesem, który decyduje o
osłabieniu promieniowania przechodzącego przez dany
ośrodek materialny.

Ekstynkcja promieniowania obejmuje zjawisko absorpcji
oraz zjawisko rozpraszania. Oba procesy prowadzą do
usuwania fotonów z pierwotnej wiązki, przy czym w
pierwszym fotony są pochłanianie, zaś w drugim
rozpraszane poza pierwotny kierunek propagacji.
b.
b. Ekstynkcja swiatla cd.
11
Zdolność rozpraszania wiązki światła przez cząsteczki
zależy od: wielkości cząstek oraz od długości fali. Tylko
cząstki o średnicach porównywalnych lub większych niż
długość fali moga znacząco wpłynąć na wiązkę. Ponieważ
długość fal radiowych znacznie przekracza wielkość pyłu,
obszary te są całkowicie przezroczyste dla promieniowania
radiowego. Regiony te są również częściowo przezroczyste
dla promieniowania podczerwonego. Z drugiej strony, pył
międzygwiazdowy jest bardzo skuteczny w blokowaniu
krótkiej długości fali świetlnej, światła ultrafioletowego
i
promieniowania X.
b. Ekstynkcja swiatla cd.
12 i
Jak pokazano na rysunku ekstynkcja
„reddening” zmieniają jasności danej
gwiazdy i kolor, ale nie mają wpływu
na jego typ widma. Linie absorpcyjne
w widmie gwiazdy są w znacznym
stopniu niezależne od pyłu
międzygwiazdowego. Astronomowie
mogą wykorzystać ten fakt do badania
ośrodka międzygwiazdowego. Poprzez
określenie typu widmowego głównej
gwiazdy, astronomowie najpierw
poznają rzeczywisty blask i kolor
gwiazdy. Wtedy mogą mierzyć stopień,
do którego światło gwiazdy uległo
zmianie w wyniku ekstynkcji i
„reddeningu” w drodze do Ziemi. To
z kolei pozwala oszacować zarówno
liczbę i rozmiar cząstek pyłu
międzygwiazdowego wzdłuż linii
obserwacji gwiazdy.
b. Ekstynkcja swiatla cd.
13
Prosty eksperyment
jest dostępny na stronie
https://www.youtube.com/
watch?v=EtHrLp5wzE0
Rysunek pokazuje, jak światło gwiazdy przechodzi przez kilka obłoków
międzygwiazdowych na drodze do Ziemi. Obłoki nie muszą być blisko
gwiazdy i rzeczywiście zwykle nie są. Każdy pochłania część
promieniowania gwiazdy. Zależy to od jego temperatury, gęstości i
zawartości pierwiastków.
c. Emisja w astronomii
•
Wprowadzenie:
Na fot. pierwsza działająca
nieprzerwanie 14 godzin
żarówka Edisona użyta
podczas publicznego pokazu
w 1897r.
Wynalazek Edisona był
przełomowy pod każdym
względem. Rozświetlał mroki,
po raz pierwszy w dziejach
uniezależniając nas od Słońca.
Przede wszystkim jednak dał
zastosowanie elektryczności,
o której ludzkość już wiele
wiedziała, ale nie miała
pomysłu, jak ją wykorzystać.
14
c. Emisja w astronomii cd.

Fot. z warsztatów
15
cd. wprowadzenia:
W 2014 roku Nagrodę Nobla z fizyki
zdobyli trzej badacze z Japonii – Isamu
Akasaki, Horoshi Amano i Shuji
Nakamura – za budowę diody
emitującej światło niebieskie.
Laureatów nagrodzono za budowę
diody półprzewodnikowej emitującej
niebieskie światło. Bez niej stworzenie
półprzewodnikowego źródła białego
światła – czyli takiego, jakie jest nam
potrzebne w lampach – było
niemożliwe. Wprawdzie od półwiecza
istniały diody emitujące światło
czerwone i zielone, jednak to nie
wystarczało, by zbudować źródło
emitujące światło białe. Dopiero
dokonania Japończyków, stworzenie
diody niebieskiej, to umożliwiły.
Emisja w astronomii cd.
Słońce

16
Nośnikiem informacji na
drodze od obiektu do
obserwatora w
tradycyjnej astronomii
jest promieniowanie
elektromagnetyczne, ale
obserwacji można też
dokonywać poprzez
rejestrację promieni
kosmicznych, neutrin lub
detekcje fal
grawitacyjnych.
Emisja w astronomii cd.
17
Widmo Słońca

Znaczna część naszej wiedzy o Słońcu pochodzi z badań jego widma.
Uzyskujemy je za pomocą siatki dyfrakcyjnej. Widmo światła słonecznego
jest ciągłe, a na jego tle widoczne są ciemne linie zwane liniami
Fraunhofera od nazwiska niemieckiego uczonego Josepha von Fraunhofera
(1787--1826), który z początkiem XIX wieku podał pierwszy szczegółowy
opis widma Słońca.
Emisja w astronomii cd.

18
Widmo promieniowania Słońca
przypomina rozkład ciała doskonale
czarnego o temperaturze 5800 K.
Największe natężenie
promieniowania (maksimum
rozkładu) przypada dla fali równej
w przybliżeniu 500 nanometrów, co
odpowiada barwie zielonożółtej. Na
ciągły rozkład promieniowania
(widmo ciągłe) nakładają się ciemne
prążki, które tworzą widmo
absorpcyjne – prążki Fraunhofera.
Emisja w astronomii cd.
Prawa spektroskopii Kirchhoffa - trzy doświadczalne
prawa spektroskopii sformułowane przez Gustava
Kirchhoffa. Prawa we współczesnej formie:

Rozgrzane ciało stałe emituje światło o ciągłym widmie.

Rozgrzany rozrzedzony gaz emituje światło z liniami
emisyjnymi o określonych długościach fali, które zależą od
poziomów energii atomów w tym gazie.

Rozgrzane ciało stałe otoczone przez chłodniejszy
rozrzedzony gaz emituje niemal ciągłe spektrum, które
posiada linie absorpcyjne o określonych długościach fali
odpowiadających odpowiednim poziomom energii w
atomach gazu.
19
Emisja w astronomii cd.
20
WIDMO CIĄGŁE
WIDMO ABSORPCYJNE
WIDMO EMISYJNE
Emisja w astronomii cd.
Najprostszym przyrządem do
badania widm jest spektroskop,
zbudowany po raz pierwszy przez
G. Kirchhoffa i R. Bunsena.
Kolimator K wytwarza równoległą
wiązkę promieni świetlnych, która
przechodząc przez pryzmat ulega
rozszczepieniu i w efekcie w
okularze lunety widać obraz
wytworzony przez światło o
różnych barwach. Dodatkowy
kolimator K1 służy do projekcji
skali długości fal, na której tle
obserwuje się widmo.
21
Emisja w astronomii cd.
Na zakończenie
warsztatów
budowaliśmy
spektroskopy fot. po
prawej, poniżej podaje
adres pracy licencjackiej
poświeconej budowie
spektroskopu z UMK .
Powodzenia 
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Prace/
licencjackie/Niebieszczanska/optyka/
spektroskop.html
22
Źródła:
•
The Universe in the classroom
EAAE – IAU COURSE ON ASTRONOMY EDUCATION
LONDON UK, JULY 20th – 24th, 2015
Editor Rosa M. Ros
•
•
•
•
•
•
http://www.eaae-astronomy.org/eaae-summer-schools/10120th-eaae-summer-school-2015
http://www.edupedia.pl/words/index/show/533386_slownik
_fizyczny-widma_optyczne.htm
http://www.wiw.pl/astronomia
www.as.up.krakow
https://en.wikipedia.org
https://pl.wikipedia.org
Dziekuje 
23