Upload
bertha-hardy
View
47
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
第3回 可視光・赤外線・電波天文学の基礎. 東京大学教養学部前期課程 2014年 冬学期 宇宙科学 II 松原英雄(JAXA宇宙研). 光の干渉. 単色二光波の干渉 波数 重なる場所での電場は (3.7) 二光波の強さが同じ( =1 とする ) なら. 光の干渉(2). 広帯域光の干渉 波長幅 波数 の幅 (中心波数 )の波長帯の光のどの振幅も一定の場合: (3.9) という干渉 じまが できる。. 干渉縞の「波束」. 光の干渉(3). ホイヘンスーフレネルの原理 平面波が開口に入射した直後は、明瞭な開口の形が見える - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
第3回可視光・赤外線・電波天文学
の基礎
東京大学教養学部前期課程2014年冬学期 宇宙科学 II
松原英雄(JAXA宇宙研)
光の干渉
• 単色二光波の干渉– 波数
– 重なる場所での電場は
(3.7)
– 二光波の強さが同じ( =1 とする ) なら)cos(2
)cos(2||
)(
2121
2122
21
*1212
21212
211211
lkIIII
lkEEEEEEEI
eeEeEE tiiklikl
2
k
))cos(1(212 lkI
光の干渉(2)
• 広帯域光の干渉– 波長幅 波数 の幅
(中心波数 )の波長帯の光のどの振幅も
一定の場合:
(3.9)
という干渉じまができる。
)cos(
/
/sin1 0 lk
l
l
coh
coh
kcoh
k
222
0k
干渉縞の「波束」 )25.0/(
光の干渉(3)
• ホイヘンスーフレネルの原理– 平面波が開口に入射した直後は、明瞭な開口
の形が見える– 伝播するに従って形が変化– 非常に遠方では開口の形と波長で決まるある
パターン(フラウンホーファー回折)
開口による回折とその像
• フラウンホーファー回折の電場は、二次元フーリエ変換の式になる
瞳関数と点像分布関数
R1-p7
大気の透過率(近中間赤外)
“Astrophysical Quantities”
R1-p8
SDSSフィルターシステム
Fukugita et al. (1996)
高度5600mまで上ると・・(1)近赤外
www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/TAO/pjbook/chap7.pdf
高度5600mまで上ると・・(2)中間赤外
• 赤が PWV=0.38mm 、青が PWV=0.91mm であり、各々高度 5600m 、 4200m での水蒸気条件上位 10% 相当。
高度5600mまで上ると・・(3) 23- 40mm
R1-p12
大気の透過率(サブミリ波)
ALMAサイト(チリ、標高 5000m )
ALMA はミリ波サブミリ波電波干渉計 (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array)
• 日、北米、欧、台湾、チリの国際協力
• – チリ北部標高 5000mの乾燥大地に設置
• – アンテナ台数: 12 m 54 台、 7m 12 台
• – 波長 10 mm から 0.35 mm をカバー
• 2011 年 8 月、 16 台のアンテナが稼働
heapa.astro.isas.ac.jp/activity/2011/heapaws11/presen/6-2saito.pdf
地上からの可視・赤外線観測の際の背景光(1)
http://www.kusastro.kyoto-u.ac.jp/~iwamuro/LECTURE/OBS/atmos.html
地上からの可視・赤外線観測の際の背景光(2)
記号 名称 温度 emissivity 備考
GBTGround-Based Telescope 273 K 0.1
望遠鏡鏡面からの熱輻射
AE Atmospheric Emission ~ 273 K 1 - 透過率地球大気からの熱輻射
OH OH airglow --- ---地球大気からの非熱的放射
ZSLZodiacal Scattered Light 5800 K 3×10-14
黄道面付近のダストによる太陽光の散乱
ZE Zodiacal Emission 275 K 7.1×10-8黄道面付近のダストからの熱輻射
GBEGalactic Background Emission 17 K 10-3
銀河面付近のダストからの熱輻射
CSTCryogenic Space Telescope 10 K 0.05
冷却宇宙望遠鏡での熱輻射
CBRCosmic Background Radiation 2.73 K 1.0 宇宙背景放射
R1-p16
スペースからの観測の利点
大気の吸収・放射がない。– 波長 1-1000 ミ
クロン全域で観測可能
– 「赤外で暗い夜空」が得られる
赤外~サブミリ波波長帯における地球大気の透過スペクトル(上段)と、放射スペクトル(下段)を色々な高度から天空を観測した場合について比較したもの。高度250km以上の衛星軌道ではじめて、惑星間塵の放射など宇宙起源の拡散放射しか存在しない「暗い夜空」が得られる。
等級の定義
)0(log5.2 10
f
fm
電磁波の検出方法
• 直接検出– 「量子型」検出器:フォトダイオード等
• 半導体のバンドギャップ( EG )で決まるカットオフ周波数 nc ( hnc = EG )
– 熱型検出器(ボロメータ)• どの波長にも感じるが、高い感度の実現には極低
温が必要
• ヘテロダイン検出– 光を波として検出する。どちらかの偏波のみ
測定。–受信電力を温度単位で計測。
電波天文:アンテナとヘテロダイン受信
第三回の問題
• 問 3 - 1.単色二光波の干渉の式 (3.7) を証明せよ。
• 問 3 - 2.広帯域光の干渉縞の強度 (3.9) 式を
証明せよ。ここで、光の中心波数を 、帯域
幅を とする。また、 の物
理的な意味について考察せよ。
0kcoh
k
2
coh
0kk
2/0 kk 2/0 kk