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Radiación y Espectros Pasaje de la radiación electromagnética a través de la atmósfera Andrea Sánchez y Gonzalo Tancredi Curso CTE II.

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Presentación del tema: "Radiación y Espectros Pasaje de la radiación electromagnética a través de la atmósfera Andrea Sánchez y Gonzalo Tancredi Curso CTE II."— Transcripción de la presentación:

1 Radiación y Espectros Pasaje de la radiación electromagnética a través de la atmósfera Andrea Sánchez y Gonzalo Tancredi Curso CTE II

2 Generación de líneas: Leyes de Kirchhoff

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5 Transiciones atómicas y moleculares Transición Energía (eV) Región espectral Ejemplo Estructura hiperfina Radio 21 cm H Acoplamiento spin-órbita Radio 18cm OH Rotación molecular – Milimétrica - IR 2.6mm J1-0 CO Rotación-vibración molecular 1 – IR 2 m H 2 Estructura atómica fina 1 – IR 12.8 m NeII Transiciones electrónicas de átomos y moléculas – 10 UV, visible, IR Series H Transiciones nucleares > 10 4 Gamma 15MeV de 12 C Aniquilaciones > 10 4 Gamma 511keV de positronium

6 ESPECTRO SOLAR RECIBIDA EN EL TOPE DE LA ATMOSFERA

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8 Transiciones atómicas y moleculares relevantes en la atmósfera Transiciones moleculares rotacionales puras (H 2 O, CO 2, O 3, …) – mm e IR Transiciones moleculares rotacionales puras (H 2 O, CO 2, O 3, …) – mm e IR Transiciones moleculares rotacionales-vibracionales (CO 2, NO, CO, …) – IR Transiciones moleculares rotacionales-vibracionales (CO 2, NO, CO, …) – IR Transiciones moleculares electrónicas (CH 4, CO, H 2 O, O 2, O 3, …) – Visible y UV Transiciones moleculares electrónicas (CH 4, CO, H 2 O, O 2, O 3, …) – Visible y UV Transiciones electrónicas de átomos e iones (O, N, …) – Visible y UV Transiciones electrónicas de átomos e iones (O, N, …) – Visible y UV

9 Dispersión (Scattering)

10 Dispersión Rayleigh por moléculas Para partículas de tamaño < 0.1, la intensidad dispersada por dispersores dipolares es: Dispersión cuasi-uniforme y fuertemente dependiente de

11 Dispersión Mie por gotas de agua y aerosoles Dispersión Mie Dispersión Mie a>> 2 a 2 a > 1/ a > 1/ Dispersión Rayleigh y Mie combinadas Fuerte dispersión hacia adelante

12 Dispersión Rayleigh por moléculas

13 Dispersión Mie por gotas de agua y aerosoles

14 Absorción + Emisión + Dispersión en el Espectro del Sol

15 ESPECTRO SOLAR OBSERVADOR EN EL TOPE DE LA ATMOSFERA

16 RADIACION SOLAR RECIBIDA EN EL TOPE DE LA ATMOSFERA Y EN LA SUPERFICIE TERRESTRE

17 Espectro del cielo nocturno

18 Las ventanas atmosféricas

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20 Región IR Región mm para Chajnantor (Chile), Mauna Kea (Hawaii) y South Pole

21 Pasaje por el sistema óptico 2

22 Teorema fundamental de la óptica de Fourier La distribución de amplitud en el plano focal de un sistema óptico ( a(p,q) ) es la Transformada de Fourier de la distribución de amplitud en el plano de la pupila del sistema ( A(x,y) ). La distribución de amplitud en el plano pupilar es el producto de un frente plano por la obstrucción del sistema (función caja).

23 Imagen de un sistema óptico Separación angular del primer cero (en radianes): = 1.22 / D - longitud de onda D – Diámetro de la lente o espejo

24 Ejemplos Observando en una =550 nm (visible) Para un telescopio de D=14cm = 4.8e-6 rad = 1 D=8m = Observando en una =21cm (radio) D=305m =180 D=12000km =0.004 !!!

25 Point Spread Function (PSF) Def.: Es la respuesta de un sistema a una fuente puntual. Es la imagen formada en el plano focal del instrumento por una fuente puntual en el infinito.

26 Separación angular

27 Turbulencia atmosférica 3

28 Degradación de la imagen por la turbulencia atmosférica Titilar (scintillation) – variación del brillo visto por el ojo, se corresponde con el enfocamiento o desenfocamiento de la energía en el frente de onda. Titilar (scintillation) – variación del brillo visto por el ojo, se corresponde con el enfocamiento o desenfocamiento de la energía en el frente de onda. Agitación de la imagen en el plano focal del instrumento como resultado de las variaciones locales del ángulo que forma el plano tangente del frente de onda con la visual. Agitación de la imagen en el plano focal del instrumento como resultado de las variaciones locales del ángulo que forma el plano tangente del frente de onda con la visual. Esparcido (smearing) de la imagen lo que agranda el tamaño de las imágenes y es causado por la pérdida de coherencia espacial en la pupila. Esparcido (smearing) de la imagen lo que agranda el tamaño de las imágenes y es causado por la pérdida de coherencia espacial en la pupila. Seeing

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30 Seeing Es una consecuencia de la turbulencia atmósferica. Es una consecuencia de la turbulencia atmósferica. Esta causado por las fluctuaciones de temperatura de gran frecuencia (~ 1 seg) y la mezcla de parcelas de aire de diferente temperatura y densidad. Este comportamiento de la atmósfera se aprecia en el ocular del telescopio como imágenes borroneadas, en movimiento o con rápidas variaciones de brillo. Esta causado por las fluctuaciones de temperatura de gran frecuencia (~ 1 seg) y la mezcla de parcelas de aire de diferente temperatura y densidad. Este comportamiento de la atmósfera se aprecia en el ocular del telescopio como imágenes borroneadas, en movimiento o con rápidas variaciones de brillo. Hay principalmente 3 áreas donde ocurre la turbulencia atmósferica: Hay principalmente 3 áreas donde ocurre la turbulencia atmósferica: Dentro de la cúpula y el telescopio Dentro de la cúpula y el telescopio Cerca de la superficie (0 – 100 metros) Cerca de la superficie (0 – 100 metros) Tropósfera central (100m – 2km) Tropósfera central (100m – 2km) Alta tropósfera (6-12km.) Alta tropósfera (6-12km.)

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33 Speckles (motas)

34 Perfiles estelares con y sin seeing

35 De lo mejor a lo peor Categorías de seeing

36 Las condiciones cambiantes Júpiter Marte observado en condiciones de mal seeing Los dibujos de P. Lowell de los canales marcianos.

37 Todos los efectos atmósfericos La dispersión, distorsión, absorción, enrojecimiento y refracción atmosférica vista en una sola imagen. El limbo del Sol poniente esta distorsionado en franjas horizontales debido a capas de aire a diferente temperatura. Un fleco verde flota sobre la parte superior como resultado de la dispersión que ubica las imágenes azul y verde un poco mas alto que las amarilla y roja. El Sol es achatado con una forma oval debido a la mayor refracción cercana al horizonte, donde el aire mas denso absorbe y enrojece mas la luz.

38 Seeing vs dispersión

39 La degradación del frente de onda ¿Es posible volver atrás?

40 Optica adaptativa

41 Optica adaptativa con laser beam

42 La mejora de la PSF

43 Donde colocar un observatorio

44 Mauna Kea, Hawaii Paranal, Chile La Palma, Canarias Tenerife, Canarias

45 Conceptos importantes Radiación solar en el visible y otras longitudes de onda. Curva de Planck solar. Ventanas atmósfericas. Radiación solar en el visible y otras longitudes de onda. Curva de Planck solar. Ventanas atmósfericas. La importancia de la espectroscopia como fuente de información. Ejemplos La importancia de la espectroscopia como fuente de información. Ejemplos Generación de espectros de absorción y emisión, dependencia con la T. Generación de espectros de absorción y emisión, dependencia con la T. Interacción del frente de ondas con Interacción del frente de ondas con Atmósfera (turbulencia, etc…) Atmósfera (turbulencia, etc…) Sistema óptico (tipos de telescopios) Sistema óptico (tipos de telescopios) Disco de difracción o de Airy y resolución angular Disco de difracción o de Airy y resolución angular Point Spread Function (PSF) Point Spread Function (PSF) Seeing Seeing


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