Astronomie

Wann ist die optische Brechung in der Astronomie wichtig?

Wann ist die optische Brechung in der Astronomie wichtig?


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Was sind allgemein wichtige astrophysikalische Systeme/Modelle, bei denen optische Brechung wichtig oder zu berücksichtigen ist?

Ich möchte Sie bitten, bei dieser Frage die Brechung in der Erdatmosphäre oder in der Instrumentierung nicht zu berücksichtigen.

Kommentar: Gravitationslinsen unterscheiden sich von optischer Brechung, obwohl sie Lichtwege beeinflussen. Ich möchte die Autoren bitten, es im Folgenden nicht zu erwähnen.


Die optische Brechung bezieht sich auf die Richtungsänderung eines Lichtstrahls, wenn sich der Brechungsindex ändert. Abgesehen von den Atmosphären und Instrumenten der Erde denke ich, dass die Brechung wenig / keinen Einfluss auf die Astronomie hat.

Die einzigen Fälle, die mir in den Sinn kommen, in denen wir (wahrscheinlich) eine wichtige Brechung haben können, sind die Verfinsterung von Doppelsternen oder nahe dem Rand auf Planetensystemen. Stellen wir uns einen Planeten vor, der hinter seinem Stern vorbeizieht. Ein Teil seines Lichts durchdringt die Sternenatmosphäre und wird gebrochen. Da die Atmosphäre gekrümmt ist und wahrscheinlich den Brechungsindex mit der Höhe ändert, wirkt sie wie eine Linse, die (die Intuition sagt es) das Planetenlicht zerstreut.

Bearbeiten Eine ähnliche Beschreibung gilt im Allgemeinen für jedes Objekt, das hinter einem anderen vorbeigeht, das Atmosphäre hat.


Und da ist Gravitationslinsen (wenn Sie mir erlauben), was einen viel größeren Einfluss auf die Beobachtungen hat. Dies wird durch die Schwerkraft verursacht, die Lichtstrahlen beim Passieren in der Nähe von Galaxien / Galaxienhaufen (/stars/… ) beugt. Einer der Unterschiede der Gravitationslinsen gegenüber Standardlinsen besteht darin, dass sich der Brechungsindex nicht ändert, also achromatisch ist (alle Wellenlängen werden um den gleichen Winkel gebogen).

Der effektive Brechungsindex kann wie folgt beschrieben werden ( Quelle: Narayan und Bartelmann(pdf) ): $$ n = 1 + frac{2}{c^{2}} |Phi|$$ wo $Phi$ ist das Gravitationspotential und ist im Allgemeinen eine Funktion der Position des Objekts.

Der Gravitationslinseneffekt wird kanonisch in drei Gruppen unterteilt:

  1. Starker Linseneffekt, der normalerweise in Galaxienhaufen oder um massereiche Galaxien herum beobachtet wird. Das Gravitationspotential ist so stark, dass das Bild einer Hintergrundgalaxie stark in Bögen und Ringe verzerrt wird, wie in diesem eindrucksvollen Bild von Abell 2218 von HST:


    (Quelle: hubblesite.org)

  2. Schwaches Objektiv. Das Licht einer Galaxie trifft auf Materie (und viel dunkle Materie), die zu uns reist, und wird gebrochen. Dies hat keinen dramatischen Effekt wie bei einem starken Linseneffekt, sondern verzerrt die Form der Galaxie. Und diese Verzerrung kann verwendet werden, um beispielsweise die Verteilung der Dunklen Materie um ein Objekt oder den Inhalt des Universums zu studieren.

  3. Mikrolinsen. Stellen Sie sich vor, Sie beobachten einen Stern und wissen irgendwie, dass ein Klecks dunkler Materie vor dem Stern vorbeiziehen wird. Der Blob ist nicht groß genug, um die Sternform zu verzerren, aber er wird die Leuchtkraft des Sterns sicherlich um einen kleinen Betrag erhöhen.


Hier ist ein Artikel, den ich gefunden habe, der über den Brechungsindex dunkler Materie (anders als Gravitationslinsen) und wie ein Signal abgeschwächt werden könnte. Das Papier trägt den Titel "Einschränkungen der dunklen Materie durch einen kosmischen Brechungsindex", und hier die Zusammenfassung:

Die Kandidaten der Dunklen Materie der Teilchenphysik besitzen ausnahmslos elektromagnetische Wechselwirkungen, wenn auch nur über Quantenfluktuationen. Massenweise kann Dunkle Materie also einen Brechungsindex erzeugen, der von seinem Vakuumwert abweicht. Seine Anwesenheit wird durch frequenzabhängige Effekte bei der Ausbreitung und Abschwächung von Licht signalisiert. Wir diskutieren theoretische Beschränkungen für die Expansion des Brechungsindex mit der Frequenz, die physikalische Interpretation der Terme und die besonderen Beobachtungen, die zur Isolierung seiner Koeffizienten erforderlich sind. Dies, mit dem Aufkommen neuer Möglichkeiten, Gammablitze auf kosmologischen Entfernungsskalen zu betrachten, gibt uns eine neue Sonde für dunkle Materie und eine neue Möglichkeit für ihren direkten Nachweis. Als erste Anwendung verwenden wir die Zeitverzögerung, die aus Radio-Nachleuchtbeobachtungen entfernter Gammablitze bestimmt wurde, um eine direkte Grenze des elektrischen Ladungs-zu-Masse-Verhältnisses von Dunkler Materie von |varepsilon|/M < 1 x 10^{ -5} eV^{-1} bei 95 % CL.

Um ehrlich zu sein, verstehe ich nicht wirklich, wie Quantenfluktuationen der Dunklen Materie einen solchen Effekt erzeugen können. Abgesehen von instrumentellen oder atmosphärischen Effekten (und theoretischen Überlegungen) kann ich mich ehrlich gesagt nicht daran erinnern, dass Brechung jemals als wichtiger Effekt aufgetreten ist.


Durch die Beobachtung einer Lichtquelle oder Radiowellen, die den Rand der Atmosphäre eines Planeten passieren, können die Biegung und die Verzögerung (beide aufgrund der geringeren Lichtgeschwindigkeit in Materie im Vergleich zum Vakuum) verwendet werden, um diese Atmosphäre zu analysieren.

Das vier Antworten zur Frage Wann haben Planetenforscher festgestellt, dass der Oberflächendruck der Venus fast das 100-fache des auf der Erde beträgt? Wie haben sie es herausgefunden? wird ein wenig Zeit brauchen, um durch zu blättern, aber sie sind es wert.

Durch die Verwendung einer monochromatischen Trägerwelle kann man die integrierte Dichte anhand der gesamten Phasenverzögerungen (Anzahl der Zyklen) erkennen, die sich ansammeln, wenn der Strahl durch immer dickere Schichten hindurchtritt.

Diese sind von dieser Antwort:

Quelle

über: Die Stanford-150-Fuß-Schüssel wurde verwendet, um die Zweifrequenzsignale an Mariner 5 für die Funkbedeckungsmessungen seiner atmosphärischen Dichte zu übertragen. Von instartupland.com 1, 2, 3.


Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Radiobrechung verwendet wurde, um die Atmosphären von Gasriesen wie Jupiter und Saturn zu studieren, aber ich weiß noch nicht, ob die optische Brechung bereits modelliert wurde. Dies ist aus der (derzeit unbeantworteten) Frage Refraktion an der Saturnatmosphäre - wie dicht ist es hier?

über: abgeschnittener Teil des Cassini-Bildes der NASA von hier


Schau das Video: Hjemmeøvelse -kritisk vinkel (Februar 2023).