Augusto Damineli - IAGUSP

Ferramentas do Astrônomo

Magnitude = -2.5 log (fluxo) + Cte

Magnitude = -2.5 log (L/4πd2) + Cte

Cte => Vega tem magnitude zero

Razão fluxos = 100 => ∆m = 5

Astro………………… mV

Sol…………………… -27

Lua cheia…………… -12

Sirius………………... -1.5

Limite olho…………... ~6

Limite telescópios…… ~28

Luminosidade = potência = energia/tempo (J/s ou Watt)

Fluxo = potência/área (J/s/m2)

Q.: Qual seria a magnitude aparente do Sol, se eleestivesse à distância de Alfa Centauri?

Q.: Qual a magnitude que o Sol teria se fosse colocado a uma distância de 10 pc? (essa é a chamada magnitude absoluta 1pc=3.26 anos-luz)

Astro MV L/Lsol

Sol +4.82 1

Sirius +1.45 22

Sirius B +11.5 1/450

η Car -10.8 5 x106

Supernova Ia -20 1010

Andrômeda -22 1011

Atmosfera terrestre

OlhoOlho HumanoHumano

FormaFormaççãoão de de imagemimagem

Esquema de um telescópio

…………..Optico Rádio

Coletor espelho antena

Analisador filtros guias de onda

Detetor CCD bolômetro

Processador computador computador

Telescópios (reftratores e refletores)

Poder coletor α D2

Olho humano = 0.5 cm => 1x Luneta Galileu = 10 cm => 400 x HST (Hubble) = 2.5 m => 250 mil x Telescópio Keck = 10 m => 4 milhões x Telescópio ELT = 100 m => 400 milhões x

Poder resolvente = 0”.25 λ(µm)/D(m)

Disco Disco de de AiryAiry

Poder resolvente = 0”.25 λ(µm)/D(m)

Point Spread Function - PSF

Poder resolvente = 0”.25 λ(µm)/D(m)

Luz visível = 0.5 µm

Olho humano = 0.5 cm => 120” (real) Luneta Galileu = 10 cm => ~1”HST (Hubble) = 2.5m => 0”.05

Q.: qual o poder de resolução necessário paradisgtinguir um homem na Lua?

A resolução a partir do solo é limitada pela atmosfera celeste. Ela também pode ser limitada pela escala de pixel do detector.

Q.: Comparar o poder de resolução do Keck (D=10m), operando na faixa óptica, como o Arecibo (D=300m), operando na faixa métrica

Distância focal

F

F

Razão focal = F/D se escreve f/#Q. Como o brilho da imagem varia com a razão focal? (brilho α 1/A = 1/(f#)2)

Escala de placa ou de imagem

tg θ= d/F θ(rad)~d/F

1rad = 206265 segundos

s = 206 265/Dxf/# (“/mm)

Q.: Qual o tamanho da imagem da Lua no plano focal de um telescópio f/11 com diâmetro 36 cm?

S=52”/mm => diâmetro = 35 mm

DetetoresEscala de pixel: “/pixel

CCD: charge coupled device –matriz de estado sólido

Q. No caso do telescópio anterior, quala escala de pixel, para um detetor com pixels de 9 µm? R.: 0.47”/pixel

Amostragem ótima (2 pixels) paraum seeing de 2x0.47 ~0.9”

Redutor focal f/5.5 permitiria umaamostragem ótima para seeing 1.8”e campos de imagem 2X maiores

olho humano

DetetoresEficiência quântica

CCD

fotografia

Aumento = Fobjetiva/focular

Q.: um telescópio tem F = 8m qual o f de umaocular para obter um aumento de 100 vezes?

Foco Cassegrain

Focos de telescópios

Telescópio de 1,6-m do Pico dos Dias, com montagemequatorial e instrumento no foco Cassegrain.

Caminho da Luz através do Telescópio

espelho primário

espelho secundário

foco

Peso 380 toneladas

Radiotelescópios

PadrãoPadrão de de antenaantena

Arecibo – 300 m - multiespelhos

Mapa de emissão rádio

InterferometriaInterferometria rráádiodio

InterferometriaInterferometria

VLA

ALMA

ALMA

Radiotelescópio ALMA (Atacama, Ch.). 64 antenas de 12m. Montagem altazimutal e focos primário e Cassegrain.

Faixa espectral 10mm a 350 µm.

distâncias de 150m a 10 Km. Resolução espacial de 0.010“ e espectral v=50 m/s

Q. Calcule a resolução espacial do ALMA, usando apenasuma antena e operando na faixa de 10mm.

Q. Calcule como acima, mas usando a) duas antenas a 10 Km uma da outra e b) entre o ALMA e um outroradiotelescópio a 10 000 Km de distância.

InterferometriaInterferometria óópticaptica

PoluiPoluiççãoão luminosaluminosa

Colaborando na Terra ...

Construção: 184M$ Operação: 40K$/noite

EUA 50.12%

UK 23.81%

Canadá 15.00%

Argentina 2.38%

Brasil 2.5%

Austrália 6.19%

... Para AmpliarHorizontes no Céu

Gemini Norte

GeminiSul

Acesso ao céu de um pólo a outro

Gemini NorteMauna Kea, Havaí

• Explora condiçõesinfravermelhassoberbas

• Numa comunidadede alto nível

• Operações científicas: início em Julho/2000

Altitude 4220 m

Gemini 8m

10m 10m

Keck I e II

8m

Subaru

Gemini Norte - Havaí

Gemini SulCerro Pachón, Chile

Entre os melhores sítios astronômicos do Hemisfério SulExpressiva comunidade astronômica localOperações científicas em Janeiro/2001Altitude 2750 m

Diversos telescópios de grande porte na região

Las Campanas

Pachon

La SillaCTIO

Gemini Sul e SOAR –Cerro Pachón – Ch - 2700m

Blanco – 4m- Cerro Tololo

Cerro Tololo

Evolução dos Telescópiosde solo em 400 anos

A área coletora cresceu de um fator 250 milO custo/área caiu de um fator 1 milhão desde GalileuDesde Galileu, a resolução angular era limitada pela atmosfera

Galileu

1600 1700 1800 1900 2000

10 -6

10 -5

10 -4

10 -3

10 -2

10 -1

10 0

Custo por m2 de área coletoraC

usto

rela

tivo/

m2

Ano

1

1/1000

1/1000 000

Acabamos de entrar na era do subsegundo de arco

Conceito de Cúpula:controle térmico

50% da degradação da imagem vem de dentro da cúpulaAberturas de ventilação para controle térmico

Espelho Primário:peça chave do telescópio

Diâmetro: 8.1 mcapta tanta luz quanto 2.5 milhões de olhos humanos

Espessura: 20 cm para troca de calor rápida com o ar

Peso: 23 tons

Rugosidade:16nm = λ/4016 milionesimos mm

Espelho Primário:qualidade da superfície

6 mm6 mm

Espelho Primário

Ampliando o espelho ao tamanho do Brasil, a rugosidade seria 6 mm

Óptica Ativa:para manter a figura do espelho

120 atuadores compensam as deformações causadas por vento ou pesocorrigindo a forma do espelho em 1/10 000 da espessura de um fio de cabelo

Telescópios órbita x solo

Imagem limitada pela: optica X atmosfera

Óptica Adaptativa:alisando as ondas luminosas

luz do

ast

ro espelhoauxiliar

sensor de frente de onda atuadores moldam

o espelho terciário

ondacorrigida

imagemnítida

Seeing

A razão de Strehl

S = P(0)/P0(0)

S: razão de Strehl

P(0): pico da PSF P0(0): pico da função de Airy

Strehl < 1

Optica Adaptativa:revelando detalhes

Núcleo da galáxia NGC4621 com resolução de 1”Mesma imagem com 0.1” mostrando um buraco negro

Imagem normal com telescópio de solo

Depois de aplicar

óptica adaptativa

Em 2003, estrela de laser para mapear as irregularidades atmosféricas

Las e

r de

sódi

o

Óptica Adaptativaguiada a laser

Gemini: Oportunidades científicasSolo X Espaço

HST NGST (2012)

HST: melhor imagem no optico e UV Gemini: melhor no MIR e FIR NGST: melhor que o gemini no NIR (imagem) e MIR (fundo térmico)

I.V. médio (MSX)

Mapa da Via Láctea na faixa do visívelInteresse do Infravermelho

Gemini: Futuro

2012: início da era ELT: extremely large telescopesD~40-100m, >1000 espelhos, >500mil atuadores, resolução ~0.001”Cooperativas de 10-20 países – Gemini experiência piloto

OWL