Imaging, photométrie et la spectroscopie: Les principaux outils de l’astronomie


Original: http://violet.pha.jhu.edu/~wpb/spectroscopy/tool.html

Imagerie astronomique: Ce ne sont que quelques exemples de la façon dont les images astronomiques donnent des informations sur les objets lointains de l’Univers. Cliquez sur l’une de ces images pour en savoir plus sur l’objet représenté et ce que l’image nous dit.

Donc, si la lumière est la seule chose que nous avons à travailler, que pouvons-nous faire? Une chose évidente est que nous pouvons prendre des “images” des choses que nous voyons. Nous sommes tous familiers avec les nombreuses belles images d’amas d’étoiles, des nébuleuses et des galaxies qui ont été prises à la lumière optique et des télescopes terrestres. Plusieurs exemples sont présentés ci-dessus. Dans de nombreux cas, ces images sont à couper le souffle et qu’ils véhiculent certainement des informations à un œil exercé. Par exemple, dans l’image de droite (ci-dessus), la lueur rose diffus provient de l’hydrogène gazeux qui est excité par les étoiles chaudes dans le gaz; la lueur bleue diffuse, d’autre part, est une région poussiéreuse qui est diffusion de la lumière étoiles à proximité dans notre direction. Photos seul, cependant, ont tendance à manquer l’aspect “quantitatif” qui est nécessaire pour les études scientifiques les plus graves. Pour cela, il faut effectuer la photométrie, qui est la technique qui permet de mesurer les quantités relatives de lumière de différentes “couleurs” ou des plages de longueurs d’onde. Cependant, la technique d’analyse la lumière qui produit les informations les plus détaillées sur les objets dans l’astronomie est appelée spectroscopie, qui consiste à diviser la lumière en un spectre qui peut ensuite être analysé pour toutes sortes d’informations.

Au cours des 20 dernières années, des détecteurs de lumière électroniques ont été développés que les astronomes de permis de combiner essentiellement photométrie soit avec l’imagerie ou la spectroscopie. Détecteurs électroniques tels que des dispositifs à couplage de charge ou CCD à court, ont déplacé des matériaux photographiques à la plupart des observatoires astronomiques. Ces détecteurs de lumière ont l’avantage d’une plus grande sensibilité, une réponse plus quantitative de la lumière qu’ils mesurent, et ils produisent des données qui peuvent être enregistrées numériquement et sont entrés directement dans un ordinateur pour le traitement et l’analyse. Prendre des images électroniques avec certains filtres optiques en place permet essentiellement astronomes d’effectuer l’imagerie et de la photométrie en même temps. CCD sont maintenant aussi largement utilisé dans les appareils photo numériques et les caméras vidéo, et même les astronomes amateurs avancés de nos jours ont souvent des caméras CCD pour leurs télescopes!

De même, l’enregistrement d’un spectre par voie électronique (et de faire certaines observations à l’appui) permet astronomes combinent la spectroscopie et photométrie en spectrophotométrie puissant nouvel outil appelé (qui est, en mesurant la quantité de lumière d’un objet produit à différentes longueurs d’onde de la lumière).

Le télescope spatial Hubble en cours de déploiement à partir de la navette spatiale, Avril 1990. Depuis Hubble est au-dessus de l’atmosphère, il peut obtenir une vision claire de l’Univers, en optique, ultraviolet, et proche infrarouge longueurs d’onde. Hubble contient plusieurs instruments, y compris les caméras et spectrographes. (Bien que vous verrez principalement des photos de Hubble dans les journaux et les magazines, la plupart des travaux scientifiques effectués par des astronomes utilisant Hubble est fait avec les spectrographes!)

L’autre grand développement au cours des dernières décennies est la capacité à obtenir des télescopes en orbite. Certains de ces satellites-télescopes prendre des photos ou obtenir des spectres dans certaines parties du spectre électromagnétique qui ne soit pas dans l’atmosphère, comme les rayons X ou les rayons ultraviolets. D’autres télescopes, comme le télescope spatial Hubble (voir ci-dessus), profitent de leur position au-dessus de l’atmosphère pour obtenir une vision plus claire et plus nette que d’habitude obtenue à partir de la terre. (Hubble observe dans les régions visible et ultraviolette, et même dans la région du proche infrarouge.) Les données de ces télescopes montrent des objets familiers dans des façons nouvelles et différentes.

Lumière transmet l’information physique sur la source de la lumière, la matière à travers laquelle la lumière passe, ou le matériau hors de laquelle la lumière se reflète.
Le fait que cela est vrai est ce qui rend la science de l’astronomie possible, et la technique de spectroscopie est ce que fournit l’essentiel de l’information! Par exemple, la spectroscopie d’une étoile en utilisant la lumière optique et un télescope basé au sol peut dire des choses telles que les astronomes de la température de l’étoile et sa composition chimique (au moins pour les éléments avec des lignes spectrales dans la partie optique du spectre!). Il peut aussi nous dire la gravité de la surface de l’étoile, et donc si l’étoile est une étoile géante ou supergéante, ou une étoile naine “normal” comme le soleil. Cette information permet aux astronomes d’estimer la distance de l’étoile. En mesurant les positions réelles des caractéristiques spectrales par rapport à leurs valeurs prédites (mesurée en laboratoire sur Terre), nous pouvons dire que l’étoile se déplace vers nous ou à l’extérieur et à quelle vitesse. La liste est longue et sur!

Une fois que nous avons mesuré les spectres de nombreuses stars, d’autres enquêtes deviennent possibles. Disons que notre première étoile était une étoile brillante à proximité. Maintenant, nous sommes allés à la lunette et observé une étoile plus faible dont le spectre a exactement le même modèle de caractéristiques spectrales que la première étoile, mais dont la distribution de la lumière à travers le spectre est différent (par exemple, moins “bleu” lumière en comparaison avec “rouge “la lumière). Le fait que le motif est le même dans les deux étoiles nous indique que la température et la composition chimique sont assez semblables. Par conséquent, les différences doivent venir de quelque part d’autre. Dans cet exemple, une partie de la lumière de la deuxième étoile a été absorbée et / ou diffusée loin sur son voyage de l’étoile nous a diffuser des nuages de gaz et de poussières dans l’espace interstellaire. En comparant attentivement nos deux spectres stellaires nous pouvons apprendre quelque chose sur la composition et la densité de cette matière entre les étoiles!

Ce ne sont que deux exemples de la façon dont les informations peuvent être glanées dans les faisceaux ténus de lumière envoyés vers nous à partir de ces objets éloignés. Bien sûr, nous pouvons observer les spectres de nombreux objets différents, et pas seulement les étoiles, et nous pouvons maintenant observer les spectres dans tout le spectre électromagnétique, pas seulement la lumière optique! Cela nous permet d’apprendre une quantité incroyable sur l’Univers, à la fois proche et loin.

Cet outil est utilisé non seulement dans l’astronomie, mais dans de nombreux domaines de la science.

Il n’a rien d’unique au sujet de la lumière provenant de sources astronomiques – la lumière est la lumière. Par conséquent, l’analyse spectrale est un outil qui est utilisé dans de nombreux contextes liés à la terre ainsi, tout au long de la sciences biologiques, chimiques, et.

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