Historia

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I1. Historia

Lauri JetsuFysiikan laitos

Helsingin yliopisto

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Johdanto

Luennot (kuva: @www.astro.utu.fi)

Lauri Jetsu (lauri.jetsu@helsinki.fi)Thomas Hackman (thomas.hackman@helsinki.fi)Paikka ja Aika: www.helsinki.fi/ jetsu/htt/httindex.html

LaskuharjoituksetThomas Hackman & Lauri Jetsu

Havaitsevan tähtieteen peruskurssi I (5 op)I Luennot: läsnäolo vapaaehtoistaI Kurssimateriaali löytyy kotisivulta www .I Merkki www luentomuistiinpanoissa kertoo linkistä www:henI Useita linkkejä sopivaan lisämateriaaliinI Vaara: Saman kurssin vaatimukset kasvavat sitä mukaan, kun luennoitsija itse

ymmärtää asioita.I Kurssikirja “Havaitseva tähtitiede” (Nilsson, Takalo, Piironen) riittääI Ursa myy tämän kirjan uusinta versiota

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Johdanto

Esitiedot, Tavoite ja SuoritustapaI Esitiedot: Tähtitieteen perusteetI Tavoite: Opettaa seuraavia perusasioita optisesta tähtitieteestäI HavaintolaitteetI HavaintomenetelmätI Havaintojen suorittaminenI Havaintojen analysointiI Havaintojen käyttö tutkimuksessaI Astrofysikaaliset teoriat opetetaan muilla kursseillaI Kurssi tarkoitettu tuleville tähtitieteilijöilleI Suoritustapa: Tentti & laskuharjoituksetI 6 laskuharjoitusta: vähintään 30% suoritettavaI Yli 30% laskuharjoituksista suoritettu⇒ Lisäpisteitä kurssin tenttiin

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Esioptinen kausi

Esioptinen kausi

Hipparkos, n. 190 – 120 ekr (kuvat: @www.en.wikipedia.org)

I Muinainen Kreikka – Nykyisin Turkin aluettaI Ensimmäinen merkittävä havaitsijaI Ensi kertaa kvantitatiivinen lähestymistapaI Pallotrigonometrisia ratkaisujaI Ensimmäinen tähtiluetteloI Astrolabi s.o. “tähtikiekko”I Armillaaripallo: mm. ekliptika & meridiaaniI Noin 850 tähden paikat ja magnituditI 6 magnitudi luokkaa (edelleen käytössä)I Malleja: mm. Kuun ja Auringon liike ja etäisyys

Ptolemaios, n. 90 – 168 jkrI Aleksandria, Egypti, Rooman valtakuntaI Noin 1000 tähden paikat ja magnitudit

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Esioptinen kausi

Esioptinen kausi

Tyko Brahe, 1546 – 1601 (kuvat: @www.en.wikipedia.org)

I TanskalainenI KvadranttiI Neljännes ympyrä kaari & tähtäyssauvaI Soveltui vain kulmamittaukseenI Tarkkuus alle kaariminuuttiI 1572 supernova – uusi tähti!I Brahen Mars mittaukset⇒

Kepler: planeettojen liikkeen kolme lakia

Johannes Hevelius, 1611 – 1687I Puola & Liettua (Danzig)I Viimeinen kulmamittaajaI Tarkkuus puoli kaariminuuttiaI Käytti myös kaukoputkia

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Kaukoputken kehitys

Kaukoputken kehitys

Kaukoputki ⇒ Uusi aika tähtitieteessä (kuvat: @www.commons.wikipedia.org)

I Lippershey (Hollanti n. 1570 – 1619): Kaksi linssiäI Galilei (Italia, 1564 – 1642): 30x eli kaukoputkiI Galilei: ymmärsi mitä kaukoputkella taivaalla näkyyI Kuun kraaterit, Jupiterin kuut, “Uudet tähdet”, ...I Linssien ongelma: väriaberraatio (taitekerroin riippuu aallonpituudesta λ)I Pienemmät aallopituudet taittuvat enemmänI Kuva tähdestä sarja sisäkkäisiä erivärisiä ympyröitä

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Kaukoputken kehitys

Kaukoputken kehitys

Peilikaukoputket (kuvat: @www.en.wikipedia.org)

I Heijastuskulma sama kaikilla λ⇒ Ei väriaberraatiotaI Muita ongelmia: esim. apupeili aiheuttaa kuvaan diffraktiotaI James Gregory (Skotlanti, 1638 – 1675): Paraboloidi & ellipsoidiI Isaac Newton (Englanti, 1641 – 1727): Pallomainen & tasopeili

I Laurent Cassegrain (1629 – 1663): Parabolinen & hyperbolinen

I Monet kuvavirheet lähes eliminoituvat⇒ Nykyiset kaukoputket: CassegrainI Pääpeili: Metalli (hauras, tummeneva)⇒ Lasi & hopeakalvo (n. 1850)I Leon Foucault (Ranska, 1819 – 1868) lasipeilien pinnan tarkka mittaus

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Kaukoputken kehitys

Kaukoputken kehitys

Linssikaukoputket [kuvat: vasen (@www.en.wikipedia.org), oikea (@www.obs.ee)

I Chester Moor Hall (Englanti, 1703–1771)I Akromaattinen linssiI Kupera ja kovera linssiI Sama polttoväli vain kahdella λI Joseph Fraunhofer (Saksa, 1787 – 1826)I Ekvatoriaalinen jalustaI Tarton Observatorio: 9 tuuman päälinssiI “Maailman suurin 1820”

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Astrometria

Astrometria

Astrometria (kuva: @www.en.wikipedia.org)

I Paljain silmin & KvadranttiI William Gascoigne (Englanti, 1612 – 1644)I Kaukoputki & HiusristikkoI Kaukoputki & Mikrometri (kuva)I Meridiaanikone (akselin suunta: itä – länsi)I Kulma⇒ delkinaatioI Meridiaanin ohitus aika⇒ rektaskensioI Tähtiluettelot noin 1900 astiI Kaukukoputki & ValokuvauslevyI Suhteelliset paikatI Helsingin Observatorio: Carte du CielI Kaukoputki & CCD (Charge-coupled device)I “Hipparcos” (1989 – 1993: 118 200 tähteä)I High precision parallax collecting satellite"I Gaia (ESA, Joulukuu 19, 2013)

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Fotometria

Fotometria

Fotometria (kuva: @www.en.wikipedia.org)

I Hipparkos: magnitudit 1 – 6, tarkkuus ±1m

I a = 90o → 45o ⇒ 0m.1 pois, a = 45o → 10o ⇒ 1m.05 poisI Johann Zöllner (Saksa, 1834 - 1882)I Verrataan tähden kuva & KeinovalolähdeI Edward Pickering (USA, 1846 – 1919)I Tähti & Standarditähti (Pohjantähti!)I Joel Stebbins (USA, 1878 – 1966)I Fotometri: valo⇒ seleenin vastusI Paul Guthnick (1879 – 1947), Hans Rosenberg (1879 – 1940)I Fotokatodi: www valo⇒ elektroneja alkalimetallista

I Nykyfotometrit: Valomonistinputki⇒ Virta 108 kertainenI Kvanttihyötysuhde: 30% sininen, 5–10% näkyvä valo, ...I Mitataan kaikki säteily joltain “kaistalta” (esim. UBV)I CCD⇒ fotometrit historiaan – ei täysin totta, mm. APT

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Spektroskopia

Spektroskopia

Spektroskopia (kuva: @www.en.wikipedia.org)

I Newton: prisma⇒ valon spektrin väritI William Herchel (Saksa, Englanti, 1738 -1822)I Auringon spektrin lämpötila⇒ Ei lopu punaiseen⇒ Keksi vahingossa infrapuna säteilyn

I William Wollaston (Englanti, 1766 – 1828)I Tummat viivat Auringon spektrissä (Kemia: Alkuaineet Paladium & Rodium)I Joseph Fraunhofer (mainittu aiemmin)I Satoja tummia viivoja Auringon spektrissä & Samat viivat Kuu & Planeetat:

heijastunut valoI Viivat liittyvät kohteen ominaisuuksiin & Tunnisti palavan Natriumin (kirkkaat) viivat

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Spektroskopia

Spektroskopia

Spektroskopia (kuva: @bsclarified.wordpress.com)

I Robert Bunsen (Saksa, 1811 – 1899)I (Kemia: Alkuaineet Cesium ja Rubidium)I Gustav Kirschhof (Preussi, 1824 – 1887)I Bunsen & Kirschoff: Kylmä kaasu

absorboi samoja λ kuin kuuma emittoiI Mustan kappaleen säteilyI Kuva: Wienin lakiI Johann Balmer (Sveitsi, 1825 – 1898)I Vedyn spektriviivojen kaava www

I Kvanttimekaniikka⇒ Spektriviivojen syntyI Spektriviivat: kohteiden koostumus, liike, lämpötila, paine, tiheys, ...

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Valokuvaus

Valokuvaus

Valokuvaus (kuva: @www.boards.ie)

I John Draper (USA, 1811 – 1882)I Metallilevy & Valoherkkä pinnoiteI Daquerro prosessi www

I Huono valoherkkyys & pitkä valotusaikaI Ensimmäinen kuva Kuusta & Auringon spektriI Lasilevy & Märkä valoherkkä emulsio & kehitys hetiI William Huggins (Englanti, 1842 – 1901)I Lasilevy & kuiva emulsio⇒ Rajaton valotusaikaI Vegan spektri, muut tähdet, planetaariset sumut & galaksitI Carte du Ciel www (Map of the sky), Helsinki mukanaI Paikka ja magnitudiI CCD syrjäyttänyt valokuvan

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Valosähköiset kuvausmenetelmät

Valosähköiset kuvausmentelmät

I Heinrich Rudolf Hertz (Saksa, 1857 – 1894)I Valosähköinen ilmiö: sähkömagneettinen säteily irrottaa elektroneja pinnoistaI Säteilyllä rajataajuus, alemmilla ei tapahduI Albert Einstein (Saksa, 1879 – 1955): Nobelin palkinto ilmiön selvittämisestäI W = irrotustyö, E = hf = fotonin energiaI Jos E > W ⇒ Ek = E −W = 1

2 mev2

I Willard Boyle (USA, Kanada, 1924 – 2011)I George Smith (USA, 1930 – )

I Nobelin palkinto 2009 (kuvat: www.en.wikipedia.org)

I 1969: AT&T Bell Laboratories, USAI Selventävä kuva Basics of operation www

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Havaitsevan tähtitiede: jaottelu

Havaitsevan tähtitieteen jaottelu

Aallonpituus (kuva: www.en.wikipedia.org)

I GammaI RöntgenI UltraviolettiI OptinenI InfrapunaI Radio

Optinen alueI FotometriaI PolarimetriaI SpektroskopiaI KuvaaminenI Astrometria

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Historia

Suomen optinen tähtitiede

Suomen optinen tähtitiede

Observatoriot [kuvat: vasen (@www.usu.edu), oikea (@www.universetoday.com)]

I Turku, 1817I Helsinki, 1834I Tuorla, 1952I Metsähovi, 1971I Nordic Optical Telescope, 1988

I European Southern Observatory, 2004

Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I