4. 2011-09-21 Hur fungerar ett teleskop? (LL)

ASTA02 - Lennart Lindegren - 21 sept 2011
Hur fungerar ett teleskop?
Om kikare och teleskop,
samt introduktion till laborationsövningen den 12-13 oktober

Absorption
Vi kommer endast att behandla OPTISKA teleskop
(för synligt ljus eller nära infraröda området, våglängd ca 0,3 - 2 µm)
“Vanliga” teleskop
optiska
våglängder
Radioteleskop

Två huvudtyper av teleskop
• linsteleskop (refraktorer) = ljuset samlas ihop med en samlingslins
• spegelteleskop (reflektorer) = ljuset samlas ihop med en konkav spegel
Yerkes-refraktorn
(1895), världens
största linsteleskop,
objektivdiam = 1 m
Ett av de fyra 8,2 mteleskopen
vid
European Southern
Observatory (Chile)

Astronomiska teleskop
Ett astronomiskt teleskop har två huvuduppgifter:
1. Samla ljus (mycket)
2. Avbilda (skarpt)
1
fotoner
detektor
fotoner
Upplösningsförmåga: minsta vinkel
mellan två stjärnor som kan särskiljas
2

Undantagsvis är man mest intresserad bara av ena uppgiften:
- Samla mycket ljus utan att avbilda särskilt skarpt: “fluxkollektor”
- Avbilda skarpt utan att behöva stor yta (t.ex. solteleskop)
STACEE (nära Albuquerque, New Mexico) –
solenergi på dagen, astronomisk fluxkollektor på natten
SST (Swedish Solar Telescope) på La Palma – f.n.
världens mest högupplösande soltelekop (1 m diameter)

Kikare eller astronomiskt teleskop - vad är skillnaden?
Astronomiska teleskop är nästan alltid spegelteleskop (reflektorer),
och används ytterst sällan som “kikare” (ögon är ineffektiva detektorer).
Astronomiskt
teleskop
Primärspegel
Fokus
(t.ex. kamera eller
spektrograf)
Sekundärspegel
Okular
Objektiv
Kikare

Astronomiska teleskop - exempel (1)
Gran Telescopio Canarias
(10,4 m diameter)
La Palma (Kanarieöarna),
2400 m.ö.h.

Astronomiska teleskop - exempel (2)
Keck 1 och 2
(2 st 10 m diameter)
Mauna Kea (Hawaii), 4200 m.ö.h.

Astronomiska teleskop - exempel (3)
VLT (UT1, UT2, UT3, UT4)
(4 st 8,2 m diameter)
Paranal (Chile), 2600 m.ö.h.

Astronomiska teleskop - exempel (4)
E-ELT (European Extremely Large Telescope)
40 m diameter, kommer att byggas på Cerro Armazones (3000 m.ö.h.)
“First light” planeras till 2022

Ljusets reflektion och brytning
Ljusets hastighet i vakuum 299 792,458 km/s (ca 300 000 km/s)
I luft är hastigheten obetydligt mindre (ca 299 700 km/s)
I glas eller vatten är den väsentligt mindre (ca 200 000 km/s)
Fermats princip (1662):
Ljusets strålgång mellan två punkter
följer den snabbaste vägen
Pierre de Fermat (1601–1665)
är mest känd för sitt “stora teorem”:
att ekvationen
saknar lösningar bland de positiva heltalen
för n > 2 (formulerades 1637, bevisades 1995)

Fermats princip - exempel: Reflektion

Ljusets reflektion
Reflektionslagen:
r = i
i r

Fermats princip
- exempel: Refraktion

Ljusets refraktion (brytning)
Refraktionslagen:
sin i = n sin r
i
r
luftens brytningsindex
= 1,0
glasets brytningsindex
n = 1,5 - 1,6

Reflektor (spegelteleskop)

Refraktor (linsteleskop)

Samlingslinser
• En samlingslins (eller positiv lins) är tjockast i mitten.
• Parallella strålar bryts samman i brännpunkten (fokus).
• Avståndet mellan linsen och brännpunkten är linsens brännvidd.
f = brännvidd
brännpunkt
(fokus)

Spridningslinser
• En spridningslins (eller negativ lins) är tunnast i mitten.
• Parallella strålar sprids som om de kom från "brännpunkten".
• Avståndet mellan linsen och brännpunkten är linsens brännvidd (negativ!).
f = brännvidd

Linsformeln
Om de infallande strålarna inte är parallella (dvs. om de kommer
från en punkt på ändligt avstånd), kan man beräkna var bilden
hamnar med hjälp av linsformeln.
a b
f

Praktisk övning: Att bygga ett teleskop
Övningen är obligatorisk (för godkänd kurs)
Utföres i grupper om 2 studenter (max 10 grupper)
Två tillfällen (se anmälningslista!):
tisdag 12 okt 18:15-20
onsdag 13 okt 18:15-20
Moment:
• undersökning av linser (positiva och negativa)
• kombinera linser till ett teleskop
• experimentera med förstoring, bildkvalitet, osv för bästa resultat
Läs handledningen (utdelad) före övningen!