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João E. Steiner IAG/USP
Telescópios: de Galileu à Óptica Adaptativa
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A luneta em 1609
A primeira ilustração conhecida de um telescópio. Giovanbattista della Porta incluiu este desenho em uma carta escrita em Agosto de 1609.
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Galileu Galilei (1564-1642)
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• Galileu construiu seu
telescópio no verão
de 1609.
• Em 25 de agosto de 1609, Galileu fez uma demonstração de seu primeiro telescópio para legisladores de Veneza. Esta foi a primeira atividade de divulgação astronômica de que se tem notícia, e o primeiro uso do telescópio bem documentado para astronomia.
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Os desenhos e observações da Lua por Galileu revelaram que existiam montanhas na sua superfície. Descobriu, também as luas de júpiter e as fases de Venus
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• Em outubro de 1609, Galileu fabricou um telescópio de aumento 20x.
• Com esse novo telescópio, ele observou a Lua e descobriu as quatro maiores luas de Júpiter.
• Ele continuaria usando o telescópio nos anos seguintes para estudar as manchas solares e as fases de Vênus. Descobriu, ainda, a natureza da Via Láctea.
• As observações de Galileu revolucionaram a astronomia e mudaram profundamente a nossa visão do mundo.
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Nicolaus Copernicus (1473-1543)
Tycho Brahe (1546-1601)
Johannes Kepler
(1571-1630)
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Uranienborg
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Telescópios (refratores e refletores)
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Telescópio com foco newtoniano (Isaac Newton, 1643-1727),
usado para observar o Cometa de Haley em dezembro de 1682.
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William Herschel(1738-1822)
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Mount Wilson 2.5 m
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Palomar 5m
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Conquistas do século XX
• A estrutura da galáxia
• A estrutura e evolução das estrelas
• A expansão do universo
• A matéria escura
• A energia escura
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• Outras faixas do espectro eletromagnético• Rádio
• Raios-x e raios-gama
• Ultravioleta
• Infravermelho
• Outros mensageiros não-eletromagnéticos• Neutrinos
• Raios Cósmicos
• Ondas gravitacionais
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olho humano
DetetoresEficiência quântica
CCD
fotografia
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Poder coletor D2
Olho humano = 0.5 cm => 1x Luneta Galileu = 10 cm => 400 x
HST (Hubble) = 2.5 m => 250 mil x Telescópio Gemini = 8 m => 2.5 milhões x Telescópio ELT = 40m => 64 milhões x
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Point Spread Function - PSF
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Poder resolvente = 0”.25 (m)/D(m)
Disco de Airy
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Telescópios Gemini
• 8 m
• Óptica ativa
• Óptica adaptativa
• Infravermelho
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Colaborando na Terra ...
Construção: 184M$ Operação: 40K$/noite
EUA 50.12%
UK 23.81%
Canadá 15.00%
Argentina 2.38%
Brasil 2.5%
Austrália 6.19%
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Óptica Ativa:para manter a figura do espelho
120 atuadores compensam as deformações causadas por vento ou pesocorrigindo a forma do espelho em 1/10 000 da espessura de um fio de cabelo
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Espelho Primário:peça chave do telescópio
Diâmetro: 8.1 m
capta tanta luz quanto 2.5 milhões de olhos humanos
Espessura: 20 cm para troca de calor rápida com o ar
Peso: 23 tons
Rugosidade:
16nm = /4016 milionesimos mm
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Espelho Primário:qualidade da superfície
6 mm
Espelho Primário
Ampliando o espelho ao tamanho do Brasil, a rugosidade seria 6 mm
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Caminho da Luz através do Telescópio
espelho primário
espelho secundário
foco
Peso 380 toneladas
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Telescópios órbita x solo
Imagem limitada pela: optica X atmosfera
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Óptica Adaptativa:alisando as ondas luminosas
espelho
auxiliar
sensor de frente de onda atuadores moldam
o espelho terciário
onda
corrigida
imagem
nítida
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Estrela de laser para mapear as irregularidades atmosféricas
Óptica Adaptativaguiada a laser
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NGC 6934 Gemini 8mTelescope
The Airy diffractionsin θ = 1.22 λ/D
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Optica Adaptativa:revelando detalhes
Núcleo da galáxia NGC4621 com resolução de 1”Mesma imagem com 0.1” mostrando um buraco negro
Imagem normal
com telescópio
de solo
Depois de aplicar
óptica adaptativa
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A razão de Strehl
S = P(0)/P0(0)
S: razão de Strehl
P(0): pico da PSF
P0(0): pico da função de Airy
Strehl < 1
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Schödel et al (2002), Nature 419,494
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Gilessen et al 2009 ApJ 692, 1075
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Gemini Sul e SOAR – Cerro
Pachón – Ch - 2700m
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GEMINI e SOAR: Estratégias coletivas
• Participação de vários pesquisadores do IF-UFRGS
• Diretor do LNA: Edmundo da Rocha Vieira
• Gemini - Comitê Científico:
• Miriani
• Thaisa
• Basílio
• Gemini - Conselho Diretor: Kepler
• Especificação do SOAR: Horácio
Papers e mais papers: Bica
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O astrônomo Johannes Hevelius observando através de um telescópio antigo.
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In opticalBoth seeing limited
~ comparable for 4m & 8m t (1/D)2 ~1/4
In mid-IRBoth diffraction limited
1/D, t (1/D)4 ~ 1/16
SOAR not competitive
In near IR ~ 1.5 x smaller for 4m
Makes up much of difference in D.
SOAR’s Niche at 1st light
8m
4m
Tip-Tilt
Background-limited Case, time to reach given S/N on given object
t (/D)2 = image diameter, D = telescope diameter
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.5 1.2 1.6 2.2 3.5 5.0
Wavelength (μm)
Str
eh
l w
idth
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Poder resolvente = 0”.25 (m)/D(m)