Lezione 2. Basi di ottica, telescopi, antenne

Transcript

1 Lezione 2 Basi di ottica, telescopi, antenne

2 La formazione dell'immagine La radiazione che viene intercettata da un telescopio: una serie di onde piane provenienti dalle diverse regioni del cielo Il piano focale del telescopio è la superficie dove i raggi vengono focalizzati e dove viene a formarsi l'immagine L'estensione dell'immagine sul piano focale è s ~ fl α Per ottenere immagini più grandi è necessario aumentare la focale a spese delle dimensioni del sistema ottico.

3 La formazione dell'immagine Plate scale: rappresenta l'angolo che posso riprodurre sul piano focale per unità di lunghezza. Q. Per ottenere elevate prestazioni in risoluzione angolare, dobbiamo mirare ad aumentare o diminuire Ps? Ps = / s~1/ f L

4 La formazione dell'immagine L'energia che viene depositata in un certo tempo per unità di area del rivelatore è Aumentare la lunghezza focale ha il vantaggio di aumentare il potere risolutivo ma lo svantaggio di richiedere maggior tempo di esposizione o rivelatori più sensibili Il rapporto è il rapporto focale ed è una misura di quanto velocemente si riesce a raccogliere una certa quantità di energia sul rivelatore. Solitamente si indica con la notazione f / R

5 Alcune configurazioni di telescopi I telescopi possono essere a lente o a specchio Le lenti hanno forti limitazioni per telescopi molto grandi (aberrazione, massa), per cui si tendono a preferire configurazioni a specchio. Si ottengono combinando riflettori ottenuti da coniche (paraboloidi o ellissoidi di rotazione) o piani

6 Focale di un Cassegrain Lunghezza focale effettiva = F * M M: fattore di ingrandimento Per un Cassegrain M = q / p dove p = distanza fra il punto focale del primario e lo specchio secondario p q = focale del secondario q

7 Il fascio di antenna 1 Pn( ) Half-power beam width Main beam Sidelobes Il fascio di antenna è un concetto centrale in astronomia Rappresenta la porzione di cielo che viene osservata dall'antenna Un'antenna riceve il massimo della potenza nella direzione di osservazione, ma riceve anche del segnale dalle altre direzioni, con un andamento della risposta angolare oscillante a causa di fenomeni di interferenza del fronte d'onda all'apertura.

8 Il fascio di antenna La risposta angolare di un'antenna viene riportata in db, una scala logaritmica definita come La larghezza del fascio principale viene indicata mediante la larghezza del fascio dove la potenza è la metà (-3 db) quantità definita come Full Width Half Maximum (FWHM) o Half Power Beam Width (HPBW)

9 Telescopi di penultima e ultima generazione - esempi Hubble space telescope Keck telescopes JWST (James Webb Space Telescope) Planck (vedi ultima lezione)

10 Il telescopio spaziale Hubble Satellite in orbita bassa (~300 Km) Telescopio a doppio riflettore Cassegrain; il primario ha un'apertura di ~ 2.4 m e pesa quasi 900 Kg Limite di diffrazione ~ 0.05'' Lo strumento principale è la WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2). Camera a CCD di 1600x1600 pixel delle dimensioni di ~0.1'' ciascuno

11 Il telescopio spaziale Hubble Satellite in orbita bassa (~300 Km) Telescopio a doppio riflettore Cassegrain; il primario ha un'apertura di ~ 2.4 m e pesa quasi 900 Kg Limite di diffrazione ~ 0.05'' Lo strumento principale è la WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2). Camera a CCD di 1600x1600 pixel delle dimensioni di ~0.1'' ciascuno

12 I telescopi gemelli Keck (Mauna Kea Hawaii m)

13 I telescopi gemelli Keck (Mauna Kea Hawaii m)

14 I telescopi gemelli Keck (Mauna Kea Hawaii m) ~0.01'' at 500 nm Focal length: 17.5 meters Primary mirror design: Segmented Number of segments: 36 Segment diameter: 1.8 meters Segment weight: 880 pounds Primary mirror (hyperbolic) diameter: 10 meters (33 feet) Segment material: Zerodur (low-expansion glass-ceramic) Adaptive optics system

15 JWST (James Webb Space Telescope) Proposed Launch Date: 2018 Launch Vehicle: Ariane 5 ECA Mission Duration: 5-10 years Diameter of primary Mirror: ~6.5 m Primary mirror material: beryllium Mass of primary mirror: 705 kg Focal length: meters Number of primary mirror segments: 18 Optical resolution: ~0.1 arc-seconds Wavelength coverage: microns Size of sun shield: ~22 m x 12 m (72 ft x 39 ft) Orbit: 1.5 million km from Earth at L2 Point Operating Temperature: under 50 K (-370 F)

16 JWST (James Webb Space Telescope)

17 JWST (James Webb Space Telescope)

18 Planck 1.5 m

19 Planck Spiderweb PSB High Frequency Instrument Schiera di bolometri raffreddati a 0.1 K alle frequenze GHz Sensibili alla polarizzazione fra 100 and 353 GHz

20 Low Frequency Instrument Schiera di ricevitori radiometrici raffreddati a 20 K alle frequenze GHz Tutti sensibili alla polarizzazione Singolo ricevitore

21 Lo sguardo di Planck (LFI) db from peak y [deg] Le simulazioni x [deg]

22 Lo sguardo di Planck (LFI) volo db from peak y [deg] Le misure in Grazie a Giove! x [deg]