Hudba sfér Pozorování nebe Filip Hroch ÚTFA, MU September 2014 Nebeský plán Základní orientace — hvězdy ve Stellariu a na mapách Fotometrie — okem, bolometricky, digitálně, magnitudy Dalekohledy — principy, základní parametry a typy Pro profíky — souřadnice (obzorníkové, rovníkové, ...) Měření na obloze — vizír, Jakubova hůl, theodolit, dalekohledy Pasážníky — měření času a poloh Souhvězdí ► původně obrazce (mytologie), dnes sektory (cca od 1922) ► Stellarium ► prakticky: obloha večer (souhvězdí, jasné hvězdy, planety, . ..) mavosti ► Slunce, Měsíc ► Planety (Merkur— Neptun) — některé jsou vidět i ve d ► Komety, meteory a prach ► Hvězdy (dvojhvězdy, barevné hvězdy, proměnné hvězdy) ► Hvězdná seskupení (hvězdokupy a asociace) ► Mlhoviny (plynové, prachové, emisní a absopční) ► Mléčná dráha ► Galaxie Stellarium Příprava večerního pozorování ► Nastavení na večerní datum a pozorovací místo. ► Vyhledání nejjasnějších hvězd, opěrných bodů. ► Orientace podle světových stran. ► Nalezení výrazných souhvězdí ► Vyhledání zajímavých objektů (Měsíc, všechny planety (!), komety, mlhoviny, Mléčná dráha). ► východy a západy během noci Praktická úloha I. Stellarium Úkoly 1. Zjistěte polohy všech planet nad obzorem. Je možné je spatřit volným okem? V jakých souhvězdích? Kdy budou vycházet a zapadat? 2. Nalezněte všechny mlhavé objekty (hvězdokupy, galaxie a mlhoviny) viditelné pouhým okem či triedrem. 3. Identifikujte pás Mléčné dráhy. Přes která souhvězdí se táhne? 4. Své poznatky pečlivě zaznamenejte a za příznivého počasí ověřte. Tímto postupem by jsme měli získat představu o nočním nebi nad námi. Fotometrie Fotometrieje nauka o měření množství světla. ► Energie nesená světelnou vlna E = Eq cosoo(t — x/c), ► přes jednotkovou plochu a čas je intensita l=e0c(E2). v jednotkách [W-m-2]. 1 [W-m~2 Slunce 1400 žárovky, zářivky 10 úplněk 1 Vega io-8 limit oka ío-11 Pluto io-15 HST1 limit io-19 Table: Běžné světelné zdroje 1 Hubble Space Telescope Fotony ► Světelné vlny s frekvenci c v = — A se emitují nebo abosrbují po kvantech energie e = hv Pro viditelné světlo sA« 550 nm je v = 5 • 1014 Hz. Energie jednoho fotonu je 4 • 10~19 W. Fotonový tok je hv počet za jednotku času na jednotkovou plochu. Magnitudy Z historických a praktických důvodů se používají také magnitudy: m = -2.5 log10 1 [W-m~2] * h-s-^m-2] m Slunce 1400 1022 -26 žárovky, zářivky 10 1020 -15 úplněk 1 1020 -12 Vega io-8 1010 0 limit oka ío-11 108 5 Pluto io-15 104 15 HST limit io-19 1 25 Table: Běžné světelné zdroje Detektory světla ► Kalorimetry měří množství absorbované energie do materálu s tepelnou kapacitou C za čas prostřednictvím teploty T AE = C AT Příklad: bolometr ► Fotonové detektory přímo měří počty fotonů jednotlivých frekvencí AE = n1hv1 + n2hv2 + ... + n^hv^ Příklad: CCD (digitální fotoaparát) Praktická úloha II. Měření světla Úkoly 1. Změřte množství energie dopadající na 1 m2- s_1 ze Slunce (pozor na oči!). Přepočtěte na magnitudy. Vypočtete fotonový tok. 2. Pomocí digitálního fotoaparátu nebo CCD změřte kolik fotonů k nám přichází od Vegy. 3. Vypočtěte kolik fotonů dopadá do lidského oka od hvězdy s m = 5. 4. Vypočtete intensitu elektrického pole E z intensity ve V- m_1 (Volty na metr) (astro-fyzikové) Cílem je praktické měření světla. K čemu je nám dalekohled? Astronomické cheatování Dalekohledy používame ke zlepšení našich smyslů: ► Aby jsme viděli slabší objekty — zvětšujeme plochu objektivu ► Aby jsme viděli úhlově bližší objekty — zvětšujeme obraz ► Aby jsme viděli nejen v optickém oboru — stavíme radioteleskopy a družice. Anatomie dalekohledu Objektiv Před kterým se nám jeví objekt. Okulár Kterým se díváme na obraz vytvořený objektivem. Montáž Nese dalekohled, navádí na objekty, hodinový stroj. Principy: ► Zákon odrazu a\ = «2 ► Zákon lomu sjnsi = a sin OL2 V2 Parametry dalekohledu Plocha objektivu o poloměru R ttR2 Zvětšení s objektivem o ohnoskové vzdaálenosti F a okulárem f F 7 Úhlová rozlišovací schopnost na vlnové délce A: A 0.6- (omezení pochází z difrakce). Praktická úloha III. Měření parametru dalekohledu Úkoly Zjistěte průměr objektivu, zvětšení a rozlišovací schopnost dalekohledu. 2. Zjistěte průměr zorničky lidského oka a jeho rozlišovací schopnost. Porovnejte s dalekohledem a jeho zvětšením. 3. Změřte velikost zorného pole, zjistěte dosah dalekohledu v magnitudách. Na dvojhvězdách ověřte rozlišení dalekohledu. 5. Do skici zakreslete okolí Jarního bodu a vyznačte jeho polohu. Tímto postupem zíkáme představu o možnostech našich dalekohledů. K čemu jsou souřadnice? udávání poloh objektů (objevy, kreslení map, ...) ► pojmenování: dle základní roviny ► budování respektu u veřejnosti ► úhlové souřadnice ! (měříme úhly nikoli vzdálenosti) Obzorníkové souřadnice ► rovina je tečná k povrchu zemskému, průsečík se sférou horizont ► azimut A, počátek směrem k jihu, 0 < A < 360° ► výška nad obzorem h, měřená od obzoru 0 < h < 90° Rovníkové souřadnice I. druhu ► rovina je průmět rovníku na nebeskou sféru ► hodinový úhel ŕ, počátek směrem k jihu, 0 < t < 24 h (0 < t < 360°) ► deklinace ô, měřená od rovníku —90 < ô < 90° Rovníkové souřadnice II. druhu ► rovina je průmět rovníku na nebeskou sféru ► rektascense a, počátek směrem k Jarnímu bodu, 0