Материал: UMK_Umumiy_astronomiya_Fizika

Umuman olganda, (4.34)dagi yulduz kattaliklari monoxromatikdir, ammo huddi shu munosabatni va kabi keng tasmali (polosali) yulduz kattaliklari uchun ham ishlatish mumkin. Bu holda, ushbu to‘lqin uzunliklari aslida va polosalarning effektiv to‘lqin uzunligi bo‘ladi. Shunda konstanta shunday tanlanadi-ki, spektral tipidagi yulduzlar uchun (8-bobni qara) bo‘ladi. Shunda rang ko‘rsatgichi ham rang haroratini beradi.

Kinetik harorat gaz molekulalarning o‘rtacha tezligi bilan bog‘liq. Ideal gaz moleklalarining kinetik energiyasi haroratga bog‘liq funksiya sifatida gazning kinetik nazariyasidan kelib chiqadi:

Uni uchun echimi:

bu erda – molekulaning massasi, – uning o‘rtacha tezligi (aniqrog‘i uning o‘rtacha kvadratik tezligi, bu tezliklar kvadratining o‘rtacha qiymatini anglatadi), va nihoyat – Bolsman doimiysi. Ideal gazlar uchun bosim kinetik haroratga to‘g‘ridan-to‘g‘ri bog‘liq:

bu erda – molekulalarning zichligi (ya’ni birlik hajmdagi molekularlar soni). Yuqorida biz g‘alayonlanish haroratini shunday ta’rifladik-ki, agarda uni (5.11) taqsimotiga qo‘yadigan bo‘lsak, u bizga kuzatilayotgan aholi sonini beradi. Agarda turli sathlardagi atomlarning taqsimoti faqatgina atomlarning o‘zaro to‘qnashishlari natijasi bo‘lsa, unda g‘alayonlantsh harorati kinematik haroratga teng bo‘ladi, ya’ni bo‘ladi.

Ionizatsiyalanish harorati ionizatsiyaning turli holatlarda atomlarning sonini solishtirish orqali topiladi. Yulduzlar mutloq qora jism bo‘lmaganligi uchun g‘alayonlanish va ionizatsiyalanish haroratlarining qiymatlari odatda turlicha bo‘lib, haroratni aniqlashda ishlatilgan spektral chiziqlar qanaqa elemtnga tegishliliga bog‘liqdir. Termodinamik muvozanat holatida burilgan barcha turli haroratlar bir biriga teng bo‘ladi.

16-Ma’ruza. Optik sistemalar: refraktor va reflektorlar. Zamonaviy yirik optik teleskoplar. Radioteleskoplar.

§ 4.8. Astrofizik uskunalar va teleskoplar

Teleskoplar qurollanmagan ko‘z bilan kuzatuv olib borishda biz faqat juda cheklangan ma’lumotlarga ega bo‘lishimiz mumkin. XIX asr oxirigacha bu usul kuzatuv olib borishning yagona yo‘li bo‘lib kelgan. XIX asr o‘rtasida fotografiyaning ixtiro qilinishi astronomiyada revolyusiya sodir bo‘lishiga olib keldi. Optik astronomiyadagi keyingi muhim qadami 1940-1950–yillarda fotoelektrik fotometriyaning rivojlanishi bo‘ldi. Fotografiyaning ixtiro qilinishi bilan teng navbatdagi revolyusiya 1970-yillar o‘rtasida turli yarimo‘tkazgichli detektorlarning kirib kelishi bilan yuz berdi. Hozirgi kunga kelib detektorlarning sezgirlik darajasi shunchalik ortdiki, ularni 60 santimetrli teleskop bilan ishlatilsa, uning imkoniyati 5 metrlik Palomar teleskopining 1940 – yillardagi natijasi bilan tenglashadi.

Fotoplastinkalar. Fotagrafiya astronomik kuzatuvlarda ko‘pdan beri keng tarqalgan usullaridan biri bo‘lib kelmoqda. Astronomik fotografiyada tasmalar o‘rniga shishali plastinkalar ishlatilgan, chunki ular o‘zining shaklini yaxo‘iroq saqlar edi, ammo hozirgi kunda ular boshqa ishlab chiqarilmaydi va fotografiyaning o‘rnini CCD-kameralar deyarli mutloq egalladi. Tasma yoki plastinka yuzasidagi sezgir qatlam odatda qumush bromidi AgBr kabi qumush galogenididan qilingan bo‘ladi. Galogenid tomonidan yutilgan foton elektronni g‘alayontiradi va u bir atomdan ikkinchisiga o‘tib yurishi mumkin. Kumush ioni Ag+ elektronni ushlab olib, neytral atomga aylanishi mumkin. Biron bir joyda etarli miqdorda kumush atomlari yig‘ilsa, ular yashirin tasvirnm hosil qilishligisi mumkin. Yashirin tasvir doimiy tasvirga aylantirilishi uchun ekspozitsiyalanganplastinka turli kimyoviy moddalar bilan ishlanadi, ular o‘z ichiga yashirin tasvirni qamrab olgan kumush bromidi kristallarini kumushga aylantiradi (proyavka) va ekspozitsiyalanmagan kristallarni chiqarib tashlashadi (fiksaj).

Fotografik plastinka inson ko‘ziga qaraganda ancha afzalliklarga ega. Plastinka bir vaqtning o‘zida millionlab yulduzlarni (tarsvir elementlarini) qayd qilishi mumkin vaholanki ko‘z bilan bir vaqtda faqatgina bitta, ko‘pi bilan ikkita obyektni kuzatsa bo‘ladi. Plastinkada qayd etilgan tasvir doimiy bo‘ladi – tasvirni ihtiyoriy vaqtda o‘rganib chiqsa bo‘ladi. Bundan tashqari, fotografik plastinkalar, detektorlarning boshqa ko‘p sonli turlariga qaraganda, arzon va qo‘llashda oson. Plastinkalarning hususiyatlaridan biri bu uzoq vvaaqt davomida yorug‘likni yig‘ib olish qobiliyatidir: ekspozitsiya davomiyligi qancha katta bo‘lsa, plastinkalarda shuncha ko‘p kumush atomlari paydo bo‘ladi (plastinka qorayadi). Ekspozitsiya vaqti kattalashgan sari shuncha hira obyektlar fotografiyalanishi mumkin. Ko‘z bunday qobiliyatga ega emas: agarda hira obyekt teleskop orqali ko‘rinmasa, uni qancha uzoq vaqt kuzatsa ham u bari-bir ko‘rinmaydi.

Fotografik plastinkaning kamchiliklaridan biri bu uning past sezuvchanligidir. Mingta fotondan faqatgina bittasi plastinka yuzasida kumush granulasining paydo bo‘lishiga olib keladi. Shunday qilib, plastinaning kvant effektivligi 0.1 % ni tashkil etadi. Plastinkalarning sezgirliligini oshirish uchun ekspozitsiyadan oldin bir nechta kimyoviy ishlov berish usullarni ko‘llash mumkin. Bu kvant effektivligini bir necha foizgacha oshirishi mumkin. Plastinkalarning yana bir kamchiligi shundan iboratki, bir marta ekspozitsiyalangan kumush bromidining kristali boshqa yana nurni qayd etmaydi, ya’ni to‘yingan nuqtasiga etgan bo‘ladi. Boshqa tomondan, tasvirni hosil qilish uchun fotonlarning muayyan soni kerak bo‘ladi. Fotonlarning soni ikki barobar oshishi tasvirning zichligi (“qoraligi”)ning ham ikki barobar oshishiga olib keladi degani emas: plastinkaning zichligi tushayotgan nur tushayotgan yorug‘ miqdoriga nochiziq bog‘liq. Plastina sezgirligi yorug‘likning to‘lqin uzunligiga ham bog‘liq. Yuqorida sanab o‘tilgan sabablarga ko‘ra fotografik plastinkadagi ravshanlikni o‘lchash aniqligi odatda taxminan 5% ga buziladi. Shunday qilib, fotografik plastinka fotometriya uchun ishlatilishi tafsiya etilmaydi, ammo uni a’lo darajada, masalan yulduzlarning joylashishini (pozitsion astrometriya) va osmonni xaritalash uchun ishlatish mumkin.

Fotokatodlar, Fotoelektron ko‘paytirgichlar. Fotokatodlar fotoplastinalarga qaraganda ancha samaraliroq detektorlar hisoblanadi. Ular fotoelektrik effektga asoslangan. Yorug‘lik kvanti, yohud foton, fotokatod bilan to‘qnashadi va elektronni urib chiqradi. Shunda elektron musbat elektrod, yohud anodga borib qo‘shiladi va o‘lchanayotgan elektr tokining oshishiga olib keladi. Fotokatodning kvant effektivli fotografik plastinkanikidan tahminan 10-20 barobar yaxshiroqdir; optimal holda effektivlikni 30% etkazish mumkin. Bundan tashqari fotokatod chiziqli detektordir: agarda elektronlarning soni ikki barobar oshsa, chiqadigan oqim ham ikki barobar kattalashadi.

Fotoelektrik ko‘paytirgichlar (FEK) fotokatodlar qo‘llaniladigan eng muhim moslamalar hisoblanadi. Bu qurilmada fotokatoddan chiqqan elektronlar dinodga borib uriladi. Dinodga borib urilgan har bir elektron bir nechta boshqalarni bo‘shatadi. Bir nechta dinod ketma-ket turgan bo‘lsa, boshlang‘ich kuchsiz oqim millionlab marta kuchayishi mumkin. Fotoelektrik ko‘paytirgichlar ularga tushgan xamma yorug‘likni o‘lchaydi, ammo ular tasvirlarni hosil qilishmaydi. FEKlar asosan fotometriyada ishlatiladi, va ularning aniqligi 0.1%-1% bo‘lishi mumkin.

Fotometrlar, polarimetrlar. Ravshanlikni o‘lchovchi detektor – fotometr odatda tteleskopning orqasida, Kasegren fokusida joylashgan bo‘ladi. Fokal tekisligida kichik o‘lchamli teshik – diafragma bo‘ladi, u kuzatilayotgan obyektdan kelayotgan yorug‘likni o‘tkazadi. Shu yo‘l orqali kuzatuv maydonidagi boshqa yulduzlardan kelayotgan yorug‘lik fotometrga tushishi oldi olish mumkin. Diafragma ortidagi maydon linzasi (a field lens) yorug‘likni sindirib, fotokatodga yo‘naltirib beradi. Chiquvchi oqim keyinchalik predusilitelda (preamplifier) kattalashtiriladi. FEKlar ishlash uchun 1000-1500 voltga (V) teng kuchlanishni talab etadi.

Kuzatuvlar ko‘p hollarda, detektorga tushayotgan barcha nurlanishni o‘lchash o‘rniga, muayyan to‘lchin uzunliklar intervalida olib boriladi. Bu holda FEKga boshqa to‘lqin uzunlikdagi nurlanish etib borishini oldini olish uchugn filtr ishlatiladi. Fotometr bir vaqtning o‘zida bir necha to‘lqin uzunligida o‘lchashlarni olib boruvchi fotoelektron ko‘paytirgichlardan iborat bo‘lishi ham mumkin (3.21-rasm). Bunday qurilmada yorug‘lik bo‘luvchilar yoki yarimshaffof ko‘zgular yorug‘lik nurini bo‘lib tashlab, belgilangan filtrlar orqali FEK ga yo‘naltiradi.

Fotopolyarimetr deb atalmish qurilmada polyarizatsiyaluvchi (qutblashtiruvchi) filtr o‘zi yoki boshqa filtrlar bilan birgalikda ishlatiladi. Qutblanishning darajasi va yo‘nalishini qutblashtirgichlarning turli orientatsiyasi (yo‘naltirilganligi)dagi yorug‘likning intensivligini o‘lchash orqali topishimiz mumkin.

Amalda, fotometr diafragmasi doimo kuzatilayotgan obekt atrofidagi osmon fonining bir qismini o‘tkazib yuboradi. O‘lchangan ravshanlik aslida bu obekt hamda osmon foni bilan birgalikdagi ravshanlikdir. Obekt ravshanligini topish uchun alohida osmon fonining ravshanligini o‘lchash va uni birkalikda o‘lchangan qiymatdan ayrib tashlash kerak bo‘ladi. Agarda vaqtdagi kuzatuvlar olib borilsa va osmon fonning yorqinligi tez o‘zgaruvchan bo‘lsa, unda obyektlar ravshanliklarining o‘lchash aniqligini kamayadi. Bu muammo bir vaqtning o‘zida osmon foni hamda obekt ravshanliklarini kuzatish orqali hal qilinishi mumkin.

Fotometrik kuzatuvlar ko‘pincha nisbiydir. Agarda kimdir kuzatayotgan bo‘lsa, masalan o‘zgaruvchan yulduzni, unga yaqin bo‘lgan tayanch yulduzlar ham regulyar vaqt intervallarida kuzatilishi kerak. Ushbu tayanch yulduzlarni kuzatuv natijalaridan foydalangan holda atmosfera ekstinksiyasidagi (4-Bobni qara) sekin o‘zgarishlar modelini topib, bu effektgni ayrib tashlasa bo‘ladi. Ishlatilayotgan asbobni ravshanliklari katta aniqlik bilan oldindan ma’lum bo‘lgan tanlangan standart yulduzlarni kuzatish orqali kalibrovkalanishi (parametrlarini o‘zaro moslashtirish) mumkin.

Tasvir almashtirgichlari (elektron-optik atmashtirgichlari - EOA). 1960-yillardan beri fotokatodlarga asoslangan turli hil tasvir almashtirgichlari ishlatilib kelingan. EOAda fotokatoddagi elektronning boshlang‘ich nuqtasi xaqidagi ma’lumot saqlanada va kuchaytirilgan tasvir flyuorissent ekranda shakillanadi. Shunda tasvir masalan CCD kamerayordamida qayd etilishi mumkin. EOAning afzalliklaridan biri bu – nisbatan qisqa ekspozitsiya davomida xattoki hira obyektlar tasvirlanishi mumkin va kuzatuvlarni detektorlar sezmaydigan to‘lqin uzunliklari sorhalarida ham olib borilishi mumkin.

Detektorlarning ko‘p qo‘llaniladigan boshqa turlaridan biri televizion, ya’ni TV kameraldarga asoslangan (televizion kameralar). Ftokatoddan chiqayotgan elektronlar zaryadning elektrik taqsimoti ko‘rinishiga ega tasvirni shakillantiruvchi elektrodga tushishdan avval bir necha kilovolt kuchlanish bilan tezlashadilar. Ekspozitsiyadan so‘ng, elektrodning har bir nuqtasidagi zaryad uning yuzasini elektron nur yordamida qatorma-qator skanerlanadi. Bu videosignalni yuzaga keltiradi va u televizion trubka ekranida ko‘rinadigan tasvirga almashtirilishi mumkin. Bu ma’lumotni raqamli ko‘rinishda saqlab qo‘yish mumkin. Mukammallashgan sistemalarda, tasvir almashtirgichining fluorissent ekranidagi yakka elektronlar tomonidan hosil qilingan jimirlashlar kompyuterning xotirasida qayd etilishi va saqlanishi mumkin. Tasvirdagi xar bir nuqtaga mos xotira sohasi mavjud va u tasvir elementi yohud piksel deyiladi.

1970-yillar o‘rtalaridan boshlab, yarimo‘tkazgich texnologiyalarni ishlatadigan detektorlardan foydalanish darajasi keskin ravishda ko‘payib bordi. Yarimo‘tkazgichli detektorlar bilan kvant effektivligi tahminan 70-80%gacha etishi mumkin; shunday qilib, sezuvchanlik bundan boshqa yaxshilanishi mumkin emas. Bu turdani yangi detektorlarga mos keladigan to‘lqin uzunligi diapazonlari fotografik plastinkaga qaraganda ancha keng. Detektorlar chiziqli ham bo‘ladi. Raqamli ko‘rinishga ega ma’lumotlarni yig‘ish, saqlash va tahlil etish uchun kompyuterlar ishlatiladi.

CCD kamera. Yangi detektorlardan eng muhim ahamiyatga ega bo‘lgani bu CCD kameralardir (Charge Coupled Device - Zaryad yig‘uvchi qurilma). Detektor yorug‘likka sezgir kremniyli diodlardan tashkil topgan yuzaga ega va ular tasvir elementlari yoki piksellarning to‘g‘riburchak massiv shaklida joylashgan bo‘ladi. Eng katta kameralar piksellarga ega, lekin ko‘p hollarda ular sezilarni kichikroq bo‘lishadi.

Detektorga urilgan foton elektronni erkin holatga chiqarib yuborishi mumkin, ammo u piksel ichida, qopqonga tushganden, qoladi. Ekspozitsiyadan so‘ng potensiallar orasidagi ayrmani o‘zgartirish orqali to‘plangan zaryad satrma-satr o‘qib olish buferiga siljitiladi. Buferda zaryad pikselma-piksel analog-raqamli almashtirgichga qarab xarakatlanadi va o‘z o‘z navbatida raqam ko‘rinishidagi qiymatlarni kompyuterga uzatadi. Tasirni o‘qib olganda detektor uni egallab turgan zaryaddan bo‘shaydi (3-22-rasm). Agarda ekspozitsiyalar juda qisqa bo‘lsa, tasvirni o‘qib olish vaqti umumiy kuzatuv vafqtining ancham qismini egallashi mumkin.