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Kapitel V:Astronomische Beobachtungsmethoden

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Träger astrophysikalischer Informationen Allgemeines Problem:

Beobachtung entfernter Systeme von der Erde oder aus dem Erdorbit.

Keine Manipulation des Systems durch Experimente möglich.

Ausnahme: Naherkundung des Planetensystems durch Sonden / Lander.

Photonen Neutrinos Geladene Teilchen (kosmische Strahlung) Staub / Meteorite Gravitationswellen

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Das elektromagnetische Spektrum Überwiegend genutzte Informationsquelle Heute ganzes Spektrum von Radio –

Gamma-Strahlung beobachtbar.

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Das elektromagnetische Spektrum Erdgebundene Beobachtungen nur durch

begrenzte „Fenster“ möglich: Optisch (340 – 800 nm) Nah-Infrarot (800 – 5000 nm) , einzelne Fenster Radio (ab ca. 1mm Wellenlänge) Hochenergie-Gammastrahlung (ab 30 GeV, indirekt

durch optisches Fenster.

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Grundlagen astronomischer TeleskopeAnforderungen an astronomische Teleskope:

Grosses Lichtsammelvermögen, bestimmt durch die Fläche der freien Öffnung.

Hohes Auflösungsvermögen. • Definiert durch der Winkelabstand zweier gerade noch

trennbarer Objekte (z.B. Doppelstern).• Im Wellenbild entsteht Abbildung durch die Interferenz der auf

den Brennpunkt zulaufenden Wellen.

Nur für unendlich große Öffnung ist die konstruktive Interferenz auf einen Punkt begrenzt.

Interferenzmuster analog Einzelspalt.

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Grundlagen astronomischer Teleskope Für kreisförmige Öffnung ensteht ein Muster von konzentrischen Ringen. Auflösungsvermögen wird i.a. durch den Winkelabstand der 1. Nullstelle definiert./ D (im Bogenmaß)

→ Beugungsbegrenztes Auflösungsvermögen

Wird im allgemeinen nicht erreicht, limitierende Faktoren sind optische Aberrationen und atmosphärische Unruhe (seeing).

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Grundlagen astronomischer Teleskope

Seeing wird durch die Halbwertsbreite des Bildes einer Punktquelle angegeben Beste Standorte (Chile, Hawaii) in sehr guten Nächten: ca. 0.5“.

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Optische Teleskope

D/cm Fläche

[cm2]

Relativ zum Auge

Beugungsbegrenztes Auflösungsvermögen

[Bogensekunden]

Auge dunkeladaptiert

0.7 0.38 1 20

Amateurteleskop 25 491 2000 0.5

1 VLT

(von 4)

820 5 . 105

(50 qm)

106 0.015

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Optische Teleskope

Historisch und bis heute wichtigster Wellenlängenbereich

Auge: Wellenlängenbereich: 400-800 nm Öffnung: bis 7 mm Auflösung: ca. 1 Bogenminute Grenzhelligkeit ca. 6 mag

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Optische Teleskope Geschichte:

Erstes Teleskop: Lippershey 1608 Erste astronomische Nutzung : Galileo Galilei 1609

Heutiges Linsenteleskop (Refraktor) beruht auf dem Kepler´schen Fernrohr: Sammellinsen als Objektiv und Okular Vergrösserung: V=fobj/fOku

Probleme von Linsenfernrohren: - Chromatische Aberration (Brechungsindex ist Funktion von - Durchmesser auf 1m begrenzt.

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Optische Teleskope Erstes Spiegelteleskop: Newton (1668)

Vorteile des Spiegelteleskops gegenüber Refraktor:• Nur eine große optische Fläche zu schleifen.• Kann auf der ganzen Fläche gelagert werden.• Geringere Anforderungen and die Glasqualität• Kompakte Bauweisen möglich

Heutige Großtelekope ausschließlich Spiegel

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Spiegelteleskope Newton-System:

Parabolischer Primärspiegel, planer Sekundärspiegel Exakte Abbildung auf der optischen Achse, jedoch

schnell wachsende Bildfehler off-axis. Cassegrain-System:

Parabolischer Primärspiegel, hyperbolischer Sekundärspiegel

Sehr kompakte Bauweise, Grundlage heutiger Großteleskope

Abwandlung: Ritchey-Chrétien-System: hyperbolische Primär- und Sekundärspiegel. Grösseres korrigiertes Gesichtsfeld.

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SpiegelteleskopeCassegrain-System

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Spiegelteleskope

Coudé-System: Realisierung eines

ortsfesten Fokus durch mehrere Umlenkspiegel.

Vorteil: Sehr schwere Instrumente (z.B. höchstauflösende Spektrographen müssen nicht mit dem Teleskop nachgeführt werden.

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Spiegelteleskope

Schmidt-Spiegel Sphärischer Hauptspiegel + dünne Korrekturlinse Fokalebene gekrümmt (durchgebogene Fotoplatte) Erlaubt sehr großes (einige Grad) Gesichtsfeld mit

guter Abbildungsqualität Wurden für Himmelsdurchmusterungen verwendet

(z.B Palomar Sky Survey an Nordhimmel, ESO Sky Survey am Südhimmel.

Die digitalisierten Sky Survey Platten sind im Internet verfügbar und bis heute tägliches Handwerkszeug der Astronomen.

Z.B. http://archive.eso.org/dss/dss

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Spiegelteleskope

Strahlengang eines Schmidt-Spiegels.

Im Fokus befindet sich eine durchgebogene Photoplatte