4/13 イントロ、FluxとSpecific Intensity、光の圧力 - 大阪大学X線天文 ...

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Radiative Processes inAstrophysics2011/04/13 林 田 清http://wwwxray.ess.sci.osakau.ac.jp/~hayasida


講 義 の 目 的目 的 : 観 測 対 象 に 直 接 ふれることのできない 天 文 学 では、 天 体から 放 射 される 光 からいかに 情 報 を 引 き 出 すかが 鍵 になる。講 義 では、 輻 射 の 物 理 の 基 礎 を 学 んだ( 復 習 した) 上 で、 天 体からの 輻 射 に 関 する 観 測 結 果 から 対 象 天 体 の 物 理 状 態 をどのように 推 定 しえるのか、 具 体 例 を 使 用 してみていく。履 修 条 件 : 大 学 の 講 義 での 量 子 力 学 。 ただし、 本 講 義 の 中 で復 習 を 行 う。講 義 内 容 : 輻 射 の 取 り 扱 いの 基 礎 から、 様 々な 輻 射 の 物 理 課 程 までを、 学 部 課 程 で 学 んだ 物 理 の 復 習 をまじえて 行 う。 また、 毎回 できる 限 り 天 文 あるいは 身 近 な 現 象 の 具 体 例 をおりまぜる。{}で 示 したのは、 具 体 例 として 示 す 予 定 の 天 文 現 象 あるいは、天 体 観 測 である。参 考 書 :Radiative Processes in Astrophysics,G.B.Rybicki & A.P.Lightman, Wiley-Interscience


• 1. 光 子 のフラックス、 輻 射 輸 送 の 基 礎 、 光 学 的 厚 み• 2. 輻 射 輸 送 方 程 式 、 黒 体 輻 射 、{ 中 性 子 星 の 半 径 、 惑 星 の 表 面 温 度 、マイクロ 波 背 景 放 射 }• 3.アインシュタイン 係 数 、 吸 収 線 と 輝 線 、{ 天 体 メーザー}• 4. 演 習 ( 輻 射 輸 送 )• 5. 連 続 光 の 輻 射 過 程 ( 制 動 放 射 、シンクロトロン 放 射 、コンプトン 散 乱 )• 6. 量 子 数 、 水 素 原 子 の 量 子 論• 7. 電 子 のエネルギー 準 位 、 微 細 構 造• 8. 放 射 遷 移 、 選 択 則 、 禁 制 線 と 許 容 線 { 活 動 銀 河 核 の 輝 線 }• 9..{ 恒 星 大 気 のスペクトル}、{ 星 間 空 間 でのX 線 吸 収 }、{クェーサーの吸 収 線 }• 10. 演 習 ( 天 体 スペクトルの 解 釈 )• 11.ガスの 電 離 、プラズマからの 輻 射• 12.X 線 観 測 によるプラズマ 診 断 、{ 超 新 星 残 骸 、 銀 河 団 のX 線 放 射 }• 13.スペクトル 観 測 による 運 動 学 、{ 連 星 系 の 運 動 、SS433、PCygni、AGN 鉄 輝 線 }• 14. 輻 射 の 強 度 変 動 からわかること• 15. 総 括


電 磁 波 ( 広 い 意 味 での 光 )波 長• 人 間 の 目 に 見 える 光 = 可 視 光 線 は 波 長 が380-780nmの 電 磁 波図 はhttp://spaceboy.nasda.go.jp/spacef/cosmic/materials/advanced/chapter1/1_2/1_2_1_a.htmlとhttp://www.universe-t.com/vol3/chapter02/より


太 陽 スペクトル地 球 大 気 圏 の 外から 観 測 した 太陽 のスペクトルhttp://www.lotoriel.com/pdf_it/all/light_solar_intro.pdfより人 間 の 目 の 感 度http://www.cybernet.co.jp/optical/course/optwords/SLE.shtmlより


輻 射 の 強 度 1: 輻 射 流 束• Energy Flux( 輻 射 流 束 ): F• 面 積 要 素 dAをdtの 間 に 通 過 するエネルギーFdAdt• F [erg s -1 cm -2 ]• Isotropic ( 等 方 )Emissionの 場 合• F=constant / r 2Energy Flux( 輻 射 流 束 ): 単 位 時 間 当 たり 単 位 面 積 要 素 を 通過 する 輻 射 エネルギー


輻 射 の 強 度 2: 輻 射 強 度 、 輝 度• Specific Intensity (Brightness)• 特 定 の 方 向 の 光 線 に 着 目 して 強 度 を 定 義 する• 面 積 要 素 dAをdtの 間 に、 面 に 垂 直 な 方 向 dWの立 体 角 の 方 向 に 通 過 する 光 線 がもつエネルギーI dAdtdW• I [erg s -1 cm -2 ster -1 ]dAnormaldWRaySpecific Intensity:ある 方 向 の 光 線 の 強 度面 に 垂 直 な 光 線


面 に 傾 いた 光 線輻 射 の 強 度 2: 輻 射 強 度 、 輝 度• 光 線 全 方 向 について 積 分 すればEnergyFlux• 面 積 の 減 少 分 cosqを 忘 れずにF I cosqdW• 光 子 の 運 動 量 E/cなので 運 動 量 流 束 は1c2p I cos qdWnormalqdW


光 の 圧 力 の 影 響• 地 球 位 置 での 太 陽 からのFlux=1.37kW/m 2 ( 太 陽定 数 とも 呼 ばれる)。• 圧 力 p=1.37x10 3 /3x10 8 =4.6x10 -6 N/m 2地 球 軌 道 付 近 にある 密 度 半 径 rの 球 が 受 ける 力3 23Mr 2 r r 5F=-G Pr 5.9 1.4 10 [ N]R23 310 kg /1m1m 1m2 5 rr5 1.410 1 4.210 [ N]3 31m 10 kg /1m 1m•r~ 数 mmの 物 体 ( 塵 )であれば 光 の 圧 力 の 方 が 重 力 より 強 くなる。r~ 数 mm以 上 の 物 体 でも 光 の 圧 力 は 無 視 できない。• 円 軌 道 状 を 周 回 している 塵 はどのような 運 動 をするか?•Poynting-Robertson 効 果 : 光 を 吸 収 した 塵 が 光 を( 塵 の 静 止 系 で 等 方 に) 再放 出 すると、 塵 は( 平 均 的 には) 角 運 動 量 を 失 い、 徐 々に 太 陽 方 向 に 落 ち 込 んでいく。 地 球 付 近 の1 mmの 塵 は3000 年 くらいかけて 太 陽 に 落 ち 込 んで 行 く。• 光 帆 船 を 飛 ばすためにはどうすればよいか?


彗 星 の 尾関 崎 海 星 館 ホームページhttp://www.kaiseikan.jp/suisei/suisei.htmよりAF12-19. Comet Hale-Bopp 1996 O1 (10 Mar 1997)Clear separation of the blue ion tail and dusty tail reflecting sunlighthttp://www.davidmalin.com/fujii/source/af12-19_72.htmlより

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