КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

"УТВЕРЖДАЮ"

Проректор по учебной работе

_ В.С.Бухмин

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ

Цикл - ОПД.В.1.2

Специальность: 010900 - Астрономия Принята на заседании кафедры астрономии и космической геодезии (протокол № 1 от " 2 " сентября 2008 г.) Заведующий кафедрой (Н.А.Сахибуллин) Утверждена Учебно-методической.комиссией физического факультета КГУ (протокол № 4 от "21" сентября 2009 г.) Председатель комиссии _ ( Д.А.Таюрский) 1 Рабочая программа дисциплины “ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ ” Предназначена для студентов 4 курса, по специальности: Астрономия - АВТОР: доцент Бикмаев И.Ф.

КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ: Цель курса – дать понятия и практические рекомендации основных методов фотометрических и спектральных наблюдений с использованием научного оборудования 1.5-метрового телескопа КГУ (РТТ-150), основных методов обработки наблюдений с целью получения физических параметров исследуемых объектов. Показать различные астрофизические задачи, для которых применяется современный комплекс телескопа РТТ-150.

1. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины “ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ” Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:

- знать основные характеристики оптического телескопа РТТ-150 и его научного оборудования.

- обладать знаниями и навыками о принципах и методах получения прямых и спектральных изображений с использованием приборов телескопа РТТ-150, - понимать принципы получения астрофизической информации в результате обработки современных астрофизических данных.

2. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах).

Форма обучения - очная Количество семестров Форма контроля: 7 семестр - зачет № Количество часов Виды учебных занятий п/п 7 семестр 8 семестр 1. Всего часов по дисциплине 2. Самостоятельная работа 3. Аудиторных занятий в том числе лекций семинарских (или лабораторно-практических) 3. Содержание дисциплины.

3.1. ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

СТАНДАРТА К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ

ПРОГРАММЫ

Наименование дисциплины и ее основные Всего Индекс часов разделы ОПД.В.1.2 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ. Методы анализа излучения звезд: фотометрия и спектроскопия. Телескопы и приемники излучения для различных диапазонов спектра.

3.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

п/п 1 Основные методы астрофизических наблюдений в наземной оптической астрономии – фотометрия и спектроскопия с использованием 1.5-м телескопа РТТ- 2 ПЗС-фотометр 1.5-м телескопа РТТ-150 с крупноформатной матрицей фирмы ANDOR.

Формат кадра, спектральная чувствительность и шумовые характеристики ПЗС-матицы ANDOR модель DW- 3 Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы UVBRI Бесселя 4 Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы SDSS u’g’r’i’z’ 5 Последовательность получения калибровочных и основных изображений при выполнении фотометрических наблюдений.

6 Последовательность выполнения наблюдений фотометрических стандартов Ландольта 7 Предварительная обработка фотометрических ПЗС-изображений. Определение средней величины тока смещения BIAS. Определение средней величины темнового сигнала DARK. Особенности обработки изображений плоского поля FLAT.

8 Апертурная дифференциальная фотометрия звездных изображений. Выбор оптимальной апертуры интегрирования изображений и определения среднего уровня фона неба.

PSF-фотометрия в сложных звездных полях (рассеянные и шаровые звездные скопления, изображения компонент гравитационных линз и т.д.) 9 Определение показателей цвета (B-V), (V-R), (R-I), (V-I), (g’ – r’) и др. Классификация звезд и оценка параметров звездных атмосфер – температуры и ускорения силы тяжести. Фотометрическая оценка красных смещений далеких галактик.

телескопа РТТ-150. Параметры редуктора светосилы, масштаб изображения, поле зрения, кривизна поля 11 Параметры стандартных фильтров систем Бесселя и SDSS, используемых в приборе TFOSC 12 Фотометрическая и астрометрическая ошибка поля при обработке прямых изображений прибора TFOSC. Параметры азотно-охлаждаемой ПЗСматрицы 13 Спектральная мода низкого разрешения прибора TFOSC. Основные параметры призм и дифракционных решеток, набор обратных линейных дисперсий, диапазоны длин волн, зависимость пропускания от длины волны.

14 Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде низкого разрешения прибора TFOSC 15 Обработка спектров низкого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектров газоразрядных гелиевой и неоновой ламп. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” 16 Обработка спектральных изображений звезд, галактик и туманностей. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных спектральных изображений. Проведение уровня непрерывного спектра. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

17 Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Спектральная классификация звезд и определение физических параметров звезд, туманностей, ядер активных галактик.

18 Спектральная мода среднего разрешения (эшелле) прибора TFOSC. Спектральный диапазон, распределение энергий вдоль порядков эшеллерешетки. Обратная линейная дисперсия.

19 Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде среднего разрешения прибора TFOSC 20 Обработка эшелле-спектров среднего разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Fe+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” 21 Обработка спектральных изображений звезд и ядер галактик. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшелле-изображений. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

22 Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Определение физических параметров одиночных и двойных звезд и ядер активных галактик.

23 Оптическая схема и параметры крупногабаритного кудэ эшелле-спектрометра высокого разрешения 1.5-м телескопа РТТ- 24 Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде высокого спектрального разрешения 25 Обработка эшелле-спектров высокого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Th+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” 26 Обработка спектральных изображений звезд. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшелле-изображений. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение высокоточных лучевых скоростей и параметров спектральных линий.

27 Определение физических параметров одиночных и двойных звезд на основе полученных параметров спектральных линий – температура, ускорение силы тяжести, микротурбулентная скорость, содержание химических элементов

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ЗАНЯТИЙ

Лекции Тема 1 Лекция Основные методы астрофизических наблюдений в наземной оптической астрономии – фотометрия и спектроскопия с использованием 1.5-м телескопа РТТ- Тема 2 Лекция ПЗС-фотометр 1.5-м телескопа РТТ-150 с крупноформатной матрицей фирмы ANDOR. Формат кадра, спектральная чувствительность и шумовые характеристики ПЗС-матицы ANDOR модель DW- Тема 3 Лекция Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы UVBRI Бесселя Тема 4 Лекция Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы SDSS u’g’r’i’z’ Тема 5 Лекция Последовательность получения калибровочных и основных изображений при выполнении фотометрических наблюдений.

Тема 6 Лекция Последовательность выполнения наблюдений фотометрических стандартов Ландольта Тема 7 Лекция Предварительная обработка фотометрических ПЗС-изображений.

Определение средней величины тока смещения BIAS. Определение средней величины темнового сигнала DARK. Особенности обработки изображений плоского поля FLAT.

Тема 8 Лекция Апертурная дифференциальная фотометрия звездных изображений.

Выбор оптимальной апертуры интегрирования изображений и определения среднего уровня фона неба.

PSF-фотометрия в сложных звездных полях (рассеянные и шаровые звездные скопления, изображения компонент гравитационных линз и т.д.) Тема 9 Лекция Определение показателей цвета (B-V), (V-R), (R-I), (V-I), (g’ – r’) и др.

Классификация звезд и оценка параметров звездных атмосфер – температуры и ускорения силы тяжести. Фотометрическая оценка красных смещений далеких галактик.

Тема 10 Лекция Мода прямых изображений прибора TFOSC телескопа РТТ-150.

Параметры редуктора светосилы, масштаб изображения, поле зрения, кривизна поля Тема 11 Лекция Параметры стандартных фильтров систем Бесселя и SDSS, используемых в приборе TFOSC Тема 12 Лекция Фотометрическая и астрометрическая ошибка поля при обработке прямых изображений прибора TFOSC. Параметры азотноохлаждаемой ПЗС-матрицы Тема 13 Лекция Спектральная мода низкого разрешения прибора TFOSC. Основные параметры призм и дифракционных решеток, набор обратных линейных дисперсий, диапазоны длин волн, зависимость пропускания от длины волны.

Тема 14 Лекция Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде низкого разрешения прибора TFOSC Тема 15 Лекция Обработка спектров низкого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектров газоразрядных гелиевой и неоновой ламп. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” Тема 16 Лекция Обработка спектральных изображений звезд, галактик и туманностей.

Экстрагирование одномерных спектров из двумерных спектральных изображений. Проведение уровня непрерывного спектра. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

Тема 17 Лекция Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Спектральная классификация звезд и определение физических параметров звезд, туманностей, ядер активных галактик.

Тема 18 Лекция Спектральная мода среднего разрешения (эшелле) прибора TFOSC.

Спектральный диапазон, распределение энергий вдоль порядков эшелле-решетки. Обратная линейная дисперсия.

Тема 19 Лекция Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде среднего разрешения прибора TFOSC Тема 20 Лекция Обработка эшелле-спектров среднего разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Fe+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” Тема 21 Лекция Обработка спектральных изображений звезд и ядер галактик.

Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшеллеизображений. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

Тема 22 Лекция Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Определение физических параметров одиночных и двойных звезд и ядер активных галактик.

Тема 23 Лекция Оптическая схема и параметры крупногабаритного кудэ эшеллеспектрометра высокого разрешения 1.5-м телескопа РТТ- Тема 24 Лекция Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде высокого спектрального разрешения Тема 25 Лекция Обработка эшелле-спектров высокого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Th+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” Тема 26 Лекция Обработка спектральных изображений звезд. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшелле-изображений.

Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него.

Определение высокоточных лучевых скоростей и параметров спектральных линий.

Тема 27 Лекция Определение физических параметров одиночных и двойных звезд на основе полученных параметров спектральных линий – температура, ускорение силы тяжести, микротурбулентная скорость, содержание химических элементов

САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ ЗАНЯТИЯ

Самостоятельное занятие 1.

ПЗС-фотометр 1.5-м телескопа РТТ-150 с крупноформатной матрицей фирмы ANDOR. Формат кадра, спектральная чувствительность и шумовые характеристики ПЗС-матицы ANDOR модель DW- Самостоятельное занятие 2.

Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы UVBRI Бесселя. Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы SDSS u’g’r’i’z’ Самостоятельное занятие 3.

Последовательность получения калибровочных и основных изображений при выполнении фотометрических наблюдений.

Последовательность выполнения наблюдений фотометрических стандартов Ландольта.

Самостоятельное занятие 4.

Предварительная обработка фотометрических ПЗС-изображений.

Определение средней величины тока смещения BIAS. Определение средней величины темнового сигнала DARK. Особенности обработки изображений плоского поля FLAT.

Самостоятельное занятие 5.

Апертурная дифференциальная фотометрия звездных изображений.

Выбор оптимальной апертуры интегрирования изображений и определения среднего уровня фона неба.

Самостоятельное занятие 6.

Определение показателей цвета (B-V), (V-R), (R-I), (V-I), (g’ – r’) и др.

Классификация звезд и оценка параметров звездных атмосфер – температуры и ускорения силы тяжести.

Самостоятельное занятие 7.

Мода прямых изображений прибора TFOSC телескопа РТТ-150.

Параметры редуктора светосилы, масштаб изображения, поле зрения, кривизна поля. Параметры стандартных фильтров систем Бесселя и SDSS, используемых в приборе TFOSC Самостоятельное занятие 8.

Фотометрическая и астрометрическая ошибка поля при обработке прямых изображений прибора TFOSC. Параметры азотноохлаждаемой ПЗС-матрицы Самостоятельное занятие 9.

Спектральная мода низкого разрешения прибора TFOSC. Основные параметры призм и дифракционных решеток, набор обратных линейных дисперсий, диапазоны длин волн, зависимость пропускания от длины волны.

Самостоятельное занятие 10.

Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде низкого разрешения прибора TFOSC Самостоятельное занятие 11.

Обработка спектров низкого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектров газоразрядных гелиевой и неоновой ламп. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” Самостоятельное занятие 12.

Обработка спектральных изображений звезд, галактик и туманностей.

Экстрагирование одномерных спектров из двумерных спектральных изображений. Проведение уровня непрерывного спектра. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

Самостоятельное занятие 13.

Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Спектральная классификация звезд и определение физических параметров звезд, туманностей, ядер активных галактик.

Самостоятельное занятие 14.

Спектральная мода среднего разрешения (эшелле) прибора TFOSC.

Спектральный диапазон, распределение энергий вдоль порядков эшелле-решетки. Обратная линейная дисперсия. Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде среднего разрешения прибора TFOSC Самостоятельное занятие 15.

Обработка эшелле-спектров среднего разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Fe+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” Самостоятельное занятие 16.

Обработка спектральных изображений звезд и ядер галактик.

Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшеллеизображений. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

Самостоятельное занятие 17.

Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Определение физических параметров одиночных и двойных звезд и ядер активных галактик.

Самостоятельное занятие 18.

Оптическая схема и параметры крупногабаритного кудэ эшеллеспектрометра высокого разрешения 1.5-м телескопа РТТ-150.

Самостоятельное занятие 19.

Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде высокого спектрального разрешения.

Самостоятельное занятие 20.

Обработка эшелле-спектров высокого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Th+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” Самостоятельное занятие 21.

Обработка спектральных изображений звезд. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшелле-изображений.

Самостоятельное занятие 21.

Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него.

Самостоятельное занятие 22.

Определение высокоточных лучевых скоростей и параметров спектральных линий.

Самостоятельное занятие 23.

Определение физических параметров одиночных и двойных звезд на основе полученных параметров спектральных линий – температура, ускорение силы тяжести, микротурбулентная скорость.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Мартынов Д.Я. учебник "Курс практической астрофизики", М., Наука, 2. Бикмаев И.Ф. Докторская диссертация “Наземная поддержка спутника ИНТЕГРАЛ комплексом научного оборудования 1.5-м телескопа РТТ150. Создание комплекса, наблюдения и интерпретация оптических свойств источников жесткого рентгеновского излучения”, 2008, Казань, рукопись 3. Грей Д. монография "Наблюдения и анализ звездных фотосфер" 4. Галазутдинов Г.А. Комплекс обработки эшелле-спектров DECH, 1992, Препринт САО РАН N

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Уокер Г. монография "Астрономические наблюдения", 1990, М., Мир.

2. "Современные телескопы", под ред. Дж. Бербиджа и Хьюит, 1984, М., Мир.

3. "Детекторы слабого излучения в астрономии", М.Эклз, Э.Сим, К.Триттон, 1986, М., Мир.

4. Страницы INTERNET по Разделу "Астрономические Обсерватории и Телескопы"

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ ПО КУРСУ

«СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ»

1. ПЗС-фотометр 1.5-м телескопа РТТ-150 с крупноформатной матрицей фирмы ANDOR.

2. Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы UVBRI Бесселя. Параметры пропускания фильтров международной фотометрической системы SDSS u’g’r’i’z’ 3. Последовательность получения калибровочных и основных изображений при выполнении фотометрических наблюдений.

Последовательность выполнения наблюдений фотометрических стандартов Ландольта.

4. Предварительная обработка фотометрических ПЗС-изображений.

Определение средней величины тока смещения BIAS. Определение средней величины темнового сигнала DARK.

5. Особенности обработки изображений плоского поля FLAT.

6. Апертурная дифференциальная фотометрия звездных изображений.

Выбор оптимальной апертуры интегрирования изображений и определения среднего уровня фона неба.

7. Определение показателей цвета (B-V), (V-R), (R-I), (V-I), (g’ – r’) и др. Классификация звезд и оценка параметров звездных атмосфер – температуры и ускорения силы тяжести.

8. Мода прямых изображений прибора TFOSC телескопа РТТ-150.

Параметры редуктора светосилы, масштаб изображения, поле зрения, кривизна поля. Параметры стандартных фильтров систем Бесселя и SDSS, используемых в приборе TFOSC 9. Спектральная мода низкого разрешения прибора TFOSC. Основные параметры призм и дифракционных решеток, набор обратных линейных дисперсий, диапазоны длин волн, зависимость пропускания от длины волны.

10. Обработка спектров низкого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектров газоразрядных гелиевой и неоновой ламп. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” 11. Обработка спектральных изображений звезд, галактик и туманностей. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных спектральных изображений. Проведение уровня непрерывного спектра. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

12. Определение относительных интенсивностей, эквивалентных ширин и профилей широких спектральных линий. Спектральная классификация звезд и определение физических параметров звезд, туманностей, ядер активных галактик.

13. Спектральная мода среднего разрешения (эшелле) прибора TFOSC.

Спектральный диапазон, распределение энергий вдоль порядков эшелле-решетки. Обратная линейная дисперсия. Порядок выполнения калибровочных и основных наблюдений в моде среднего разрешения прибора TFOSC 14. Обработка эшелле-спектров среднего разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Fe+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” 15. Обработка спектральных изображений звезд и ядер галактик.

Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшеллеизображений. Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него. Определение лучевых скоростей и красных смещений.

16. Оптическая схема и параметры крупногабаритного кудэ эшеллеспектрометра высокого разрешения 1.5-м телескопа РТТ-150.

17. Обработка эшелле-спектров высокого разрешения. Построение дисперсионных кривых с использованием спектра газоразрядной лампы Th+Ar. Использование непрерывного спектра вольфрамовой лампы для нормировки на “плоское поле” 18. Обработка спектральных изображений звезд. Экстрагирование одномерных спектров из двумерных эшелле-изображений.

Определение уровня непрерывного спектра и нормировка на него.

Определение высокоточных лучевых скоростей и параметров спектральных линий.