第３回可視光・赤外線・電波天文学の基礎

第３回可視光・赤外線・電波天文学の基礎 東京大学教養学部前期課程２０１４年冬学期　宇宙科学II 松原英雄（ＪＡＸＡ宇宙研）

光の干渉 • 単色二光波の干渉 • 波数　 • 重なる場所での電場は (3.7) • 二光波の強さが同じ（=1とする)なら

光の干渉（２） • 広帯域光の干渉 • 波長幅　　　　　　波数　　の幅（中心波数　　　）の波長帯の光のどの振幅も一定の場合：(3.9) という干渉じまができる。干渉縞の「波束」

光の干渉（３） • ホイヘンスーフレネルの原理 • 平面波が開口に入射した直後は、明瞭な開口の形が見える • 伝播するに従って形が変化 • 非常に遠方では開口の形と波長で決まるあるパターン（フラウンホーファー回折）

開口による回折とその像 • フラウンホーファー回折の電場は、二次元フーリエ変換の式になる

瞳関数と点像分布関数

大気の透過率（近中間赤外） “Astrophysical Quantities”

SDSSフィルターシステム Fukugita et al. (1996)

高度５６００ｍまで上ると・・（１）近赤外 www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/TAO/pjbook/chap7.pdf

高度５６００ｍまで上ると・・（２）中間赤外高度５６００ｍまで上ると・・（２）中間赤外 • 赤がPWV=0.38mm、青がPWV=0.91mm であり、各々高度5600m、4200m での水蒸気条件上位10%相当。

高度５６００ｍまで上ると・・（３）23－40mm

大気の透過率（サブミリ波）

ＡＬＭＡサイト（チリ、標高5000m） ALMAはミリ波サブミリ波電波干渉計(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) • 日、北米、欧、台湾、チリの国際協力 • – チリ北部標高5000mの乾燥大地に設置 • – アンテナ台数：12 m 54 台、7m 12 台 • – 波長10 mmから0.35 mmをカバー • 2011年8月、16台のアンテナが稼働 heapa.astro.isas.ac.jp/activity/2011/heapaws11/presen/6-2saito.pdf

地上からの可視・赤外線観測の際の背景光（１）地上からの可視・赤外線観測の際の背景光（１） http://www.kusastro.kyoto-u.ac.jp/~iwamuro/LECTURE/OBS/atmos.html

地上からの可視・赤外線観測の際の背景光（２）地上からの可視・赤外線観測の際の背景光（２）

大気の吸収・放射がない。 波長1-1000ミクロン全域で観測可能「赤外で暗い夜空」が得られるスペースからの観測の利点赤外～サブミリ波波長帯における地球大気の透過スペクトル（上段）と、放射スペクトル（下段）を色々な高度から天空を観測した場合について比較したもの。高度250km以上の衛星軌道ではじめて、惑星間塵の放射など宇宙起源の拡散放射しか存在しない「暗い夜空」が得られる。

等級の定義

電磁波の検出方法 • 直接検出 • 「量子型」検出器：フォトダイオード等 • 半導体のバンドギャップ（　EG）で決まるカットオフ周波数nc（hnc = EG） • 熱型検出器（ボロメータ） • どの波長にも感じるが、高い感度の実現には極低温が必要 • ヘテロダイン検出 • 光を波として検出する。どちらかの偏波のみ測定。 • 受信電力を温度単位で計測。

電波天文：アンテナとヘテロダイン受信

第三回の問題 • 問3－1．単色二光波の干渉の式(3.7)を証明せよ。 • 問3－2．広帯域光の干渉縞の強度　(3.9)式を証明せよ。ここで、光の中心波数を　　、帯域幅を　　　　　　　とする。また、　　　の物理的な意味について考察せよ。

第３回 可視光・赤外線・電波天文学の基礎