Temat jednego ze spotkań: Astronomia, światło, technologie wykorzystujące światło Wykładowca: Aleksandre Costa Relacja Hanny Smolińskiej z uczestnictwa.

Prezentacja na temat: "Temat jednego ze spotkań: Astronomia, światło, technologie wykorzystujące światło Wykładowca: Aleksandre Costa Relacja Hanny Smolińskiej z uczestnictwa."— Zapis prezentacji:

1

2 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 2016-02-03 Hanna Smolinska 3

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 2016-02-03 Hanna Smolinska 4

5 a. Zjawisko odbicia  a 1 Teleskop zwierciadlany  a 2 Zjawisko światła popielatego 2016-02-03 Hanna Smolinska 5

6 Replika teleskopu zbudowanego przez Newtona 2016-02-03 Hanna Smolinska 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. a 1 Teleskop zwierciadlany

7 a 1 Teleskop zwierciadlany cd. Isaac Newton wg Jeana Leona Huensa 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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 7

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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 8 a 2 Światło popielate

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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 9 a 2 Światło popielate cd.

10 b. Ekstynkcja swiatla  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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 10

11 b. b. Ekstynkcja swiatla cd. 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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 11

12 b. Ekstynkcja swiatla cd. Jak pokazano na rysunku ekstynkcja i „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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 12

13 b. Ekstynkcja swiatla cd. 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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 13

14 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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 14

15 c. Emisja w astronomii cd.  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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 15 Fot. z warsztatów

16 Emisja w astronomii cd.  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. Słońce 2016-02-03 Hanna Smolinska 16

17 Emisja w astronomii cd.  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. Widmo Słońca 2016-02-03 Hanna Smolinska 17

18 Emisja w astronomii cd.  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.prążki Fraunhofera 2016-02-03 Hanna Smolinska 18

19 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. 2016-02-03 Hanna Smolinska 19

20 Emisja w astronomii cd. 2016-02-03 Hanna Smolinska 20 WIDMO CIĄGŁE WIDMO ABSORPCYJNE WIDMO EMISYJNE

21 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 K 1 służy do projekcji skali długości fal, na której tle obserwuje się widmo. 2016-02-03 Hanna Smolinska 21

22 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 2016-02-03 Hanna Smolinska 22

23 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/101- 20th-eaae-summer-school-2015 http://www.eaae-astronomy.org/eaae-summer-schools/101- 20th-eaae-summer-school-2015 http://www.edupedia.pl/words/index/show/533386_slownik _fizyczny-widma_optyczne.htm 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 2016-02-03 Hanna Smolinska 23