第六章天体的红外观测
红外天文学
红外天文学的主要研究对象是可以观测到红外辐射的天体，是天文学和天文物理学的一个重要分支。
可见光的波长范围大约为400纳米（蓝色）至700纳米（红色），波长比700纳米长但仍比微波短的电磁波称为红外线（有时也称为次微米波）。
红外天文学有时也视为可见光天文学的一部份，因为反射镜、透镜等光学元件基本上都能用于红外观测.红外天文学的起源在牛顿使用三棱镜将白光分解成光谱之后，英国物理学家威廉·赫歇尔在1800年发现太阳光谱中温度最高的区域位于红光以外，他推测一定有一种肉眼看不见的辐射，称其为红外线。
1856年，查尔斯Piazzi 史密斯发现月球的光谱中也有红外线现代的红外天文学波长接近可见光的红外线称为近红外线，它与可见光非常相似，可以使用相似的设备探测。
因此近红外光谱通常视为可见光光谱的一部分，近紫外线也是一样。
多数光学望远镜都能用于探测近红外线。
像所有其他波段的电磁辐射，红外线让天文学家对宇宙有了更深入的了解。
普通低温物体的热辐射大部分能量集中在红外波段，因此红外望远镜需要远离热源，并且尽可能地使用液氮等冷却剂将设备冷却至极低的温度，这一点在中红外和远红外波段的观测上尤为重要。
由于地球大气层中的水汽会强烈地吸收某些波段的红外线，因此地基红外望远镜必须建造在海拔高、且非常干燥的地点。
在地球上合适的地点有海拔4,205米高的莫纳克亚山天文台，在智利5,000米高处的阿塔卡玛大型毫米波天线阵(ALMA)，和位于南极洲的Dome C。
宇宙空间是进行红外天文观测的理想场所，斯皮策太空望远镜等红外天文卫星是专门用于红外观测的，许多空间光学望远镜（如哈勃望远镜）也能进行红外观测。
红外线天文学的另一种观测方法是利用飞机来进行的，像是同温层红外线天文台(SOFIA)和柯伊伯机载天文台。
飞行在大气的高层(同温层)，只有少许的水汽存在于望远镜和太空之间，使大兴收的红外线大为减少。
残余的红外线背景辐射(经由吸收剩余的)能够经由清理的技术予以移除，只留下干净的空间进行观测。
红 外 天 文 学
红外天文学红外天文学是利用电磁波的红外波段研究天体的一门学科。
整个红外波段，包括波长0.7～1OOO微米(1毫米)的范围。
通常分为两个区：0.7～25微米的近红外区和25～1OOO微米的远红外区；也有人分为三个区：近红外区(0.7～3微米)、中红外区(3～30微米)和远红外区(30～1OOO微米)。
温度4OOO度以下的天体，其主要辐射在红外区。
红外探测是观测被宇宙尘埃掩蔽的天体的得力手段；红外波段有许多重要的分子谱线；许多河外天体在远红外区的辐射较强。
红外天文学正在成为实测天文学的最重要领域之一。
1800年，英国著名天文学家赫歇耳在观测太阳时，用普通温度计首次发现红外辐射。
1869年，罗斯用热电偶测量了月球的红外辐射。
对行星和一些恒星进行红外测量，是美国天文学家柯布伦茨等人在二十世纪二十年代进行的。
但在六十年代以前的一个半世纪中，红外天文学进展缓慢，这主要因为当时缺乏有效的探测手段。
第二次世界大战后，红外技术发展很快，各类高灵敏度的红外探测器相继问世，气球、火箭以及人造卫星技术也为红外天文观测摆脱地球大气的限制提供了方便。
这些都为现代红外天文学的兴起打下了基础。
1965年，美国加利福尼亚理工学院的诺伊吉保尔等人用简易的红外望远镜发现了著名的红外星，从此揭开了现代红外天文学的新篇章。
在地面上进行红外天文观测，受地球大气的限制很大。
大气中的水汽、二氧化碳、臭氧等分子，吸收了红外波段大部分的天体辐射，只有几个透明的大气窗口可供地面观测使用。
如要在这些窗口以外的波段进行天体红外观测，就必须到高空和大气外进行。
地球大气不但吸收天体的红外辐射，而且由于它具有一定的温度(约300K)，其自身的热辐射对探测工作、特别是对波长大于5微米的观测，会造成极强的背景噪声。
为了摆脱大气的这种影响，必须到高空和大气以外去进行中、远红外探测。
由于可能收集到的一般天体的红外辐射较弱，所以必须精选探测能力很高的红外探测器。
用得较多的探测器是液氮致冷(77K)的硫化铅光电导器件，液氢致冷(从4K到小于1K)的锗掺镓测辐射计。
红外天文学与红外望远镜
红外天文学与红外望远镜引言：红外天文学是研究天体物理中的红外辐射现象及其所带来的科学问题的一门学科。
红外望远镜则是观测和研究红外辐射的关键工具之一。
红外天文学与红外望远镜的发展，为我们揭示了宇宙中的奥秘，并推动了天体物理学的进步。
第一节：红外辐射及其意义红外辐射是介于可见光和微波辐射之间的电磁波辐射，其波长范围约为0.75微米至1000微米。
由于它与物质的热运动直接相关，因此红外辐射具有极高的应用价值。
红外天文学通过观测和研究红外辐射，可以揭示宇宙中的许多现象和物质的特性，如星际尘埃、恒星形成、行星系统等。
红外辐射还可以帮助我们了解宇宙的演化过程以及宇宙中的黑暗物质和暗能量等未解之谜。
第二节：红外望远镜的原理与分类红外望远镜是专门用于观测和收集红外辐射的望远镜。
它采用红外探测器来接收红外辐射，并通过适当的探测技术将其转化为可见光或电信号进行分析和研究。
根据工作原理和技术特点的不同，红外望远镜可以分为以下几类：1. 热红外望远镜：利用红外探测器对天体目标进行热辐射探测，常用于军事侦察、火力控制和气象观测等领域。
2. 光学红外望远镜：与传统的光学望远镜类似，但采用专门的红外探测器对红外辐射进行观测。
这种望远镜主要用于天体物理研究和天文观测。
3. 空间红外望远镜：由于地球大气对红外辐射的吸收和干扰较大，空间红外望远镜可以在避开大气干扰的条件下进行更准确的观测和研究。
4. 近红外望远镜：主要用于探索近红外波段的天体物理学问题，如行星大气的组成、恒星形成等。
第三节：红外天文学的应用领域红外天文学在许多领域都有重要的应用价值，以下是其中的一些例子：1. 星际尘埃的研究：红外辐射对尘埃的观测和研究起到了关键的作用。
通过红外望远镜观测到的星际尘埃辐射可以揭示星系、星云等天体的形成和演化过程。
2. 恒星演化的研究：红外天文学可以观测和研究恒星的红外辐射特性，从而了解恒星的温度、质量、年龄等重要参数，揭示恒星的形成和演化的奥秘。
第6章 天文望远镜
2001设在智利的欧洲南方天文台研制完成了“超大望 远镜”(VLT) 。
哈勃空间望远镜
哈勃空间望远镜 （Hubble Space Telescope，HST）， 是人类第一座太空望 远镜，总长度超过13 米，质量为11吨多， 运行在地球大气层外 缘离地面约600公里的 轨道上。它大约每100 分钟环绕地球一周。
哈勃望远镜的角分 辨率达到小于0.1秒， 每天可以获取3到5G 字节的数据。
凯克望远镜
Keck I 和Keck II分别在1991年和1996年建成，这是 当前世界上已投入工作的最大口径的光学望远镜。这 两台完全相同的望远镜都放置在夏威夷的莫纳克亚， 将它们放在一起是为了做干涉观测。它们的口径都是 10米，由36块六角镜面拼接组成，每块镜面口径均为 1.8米，而厚度仅为10厘米，通过主动光学支撑系统， 使镜面保持极高的精度。焦面设备有三个：近红外照 相机、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪。它所 能观测到的物体亮度比海尔望远镜所能见到的强4倍。 它具有成本低廉、修补时易移动的优点。"象Keck这 样的大望远镜，可以让我们沿着时间的长河，探寻宇 宙的起源，Keck更是可以让我们看到宇宙最初诞生 的时刻"。
5米直径的海尔望远镜
计算机辅助观测
1960年代起，天文学 家将计算机应用于望 远镜所有的设计、架 构与操作的各个阶段， 促使新一代效能更佳 的望远镜的来临，结 果产生了许多不同模 式的光学系统，适用 于多种不同的任务。
多面反射镜组成单一影像
1977年，设于美国亚历 桑那州霍普金斯山的第 一座多面反射镜望远镜 （MMT）首次运行。该 望远镜一排6片，直径1。 8米的反射镜，可聚集到 相当于直径4.5米单片反 射镜所聚集的光线。
红外天文学中的红外波源与红外探测技术
红外天文学中的红外波源与红外探测技术红外天文学是研究天空中的红外辐射现象以及与之相关的物理现象和宇宙学特征的学科。
相对于可见光波段，红外波段的波长更长，能够提供更多关于天体物质的信息。
本文将介绍红外天文学中的红外波源以及红外探测技术。
一、红外波源红外波源是指在红外波段能够辐射出丰富红外光谱信息的天体。
其中，恒星是最主要的红外波源之一。
恒星的核聚变反应产生的高温等离子体会产生大量红外辐射。
此外，星际尘埃和分子云也是红外波源，它们对可见光具有较强的吸收能力，而对红外光的透过能力较好。
这使得红外波段能够观测到被尘埃遮挡的天体，如星云、星际尘埃和行星等。
另外，红外波源中的重要成员之一是活动星系核（Active Galactic Nuclei，简称AGN）。
AGN是源自超大质量黑洞周围的高能辐射区域，红外波段的辐射主要来自相对论性喷流和尘埃的热辐射。
红外观测对于研究AGN的起源、演化以及与星系的关系等方面具有重要意义。
此外，还有一些特殊的红外波源，如脉冲星、褐矮星和行星等。
对于这些天体的红外观测能够提供它们的物理性质和演化历史的重要线索。
二、红外探测技术红外探测技术是指用于从红外波段获取天文数据的技术手段和仪器设备。
近年来，随着技术的不断发展，红外探测技术取得了巨大进展，使得我们能够更加深入地研究红外波段中的天体现象。
1. 红外探测器红外探测器是红外探测技术的核心部件。
常见的红外探测器有光电二极管（photodiode）、光电倍增管（photomultiplier tube）和半导体探测器等。
其中，半导体探测器是目前应用最广泛的红外探测器，其结构复杂但性能卓越，能够以高精度、高空间分辨率以及多波段探测红外辐射。
2. 红外望远镜红外望远镜是进行红外观测的重要工具。
红外望远镜需要具备较大的口径和较高的分辨率，以便能够接收并分析来自红外波源的微弱辐射。
同时，红外望远镜还需要具备冷却系统，以降低望远镜本身的热辐射干扰，提高红外观测的质量和准确性。
红外技术在天文观测中的应用
红外技术在天文观测中的应用一、红外天文学的发展历程及意义红外技术从它诞生之日起就与天文学有着不可分割的联系，红外作为地面天文中最后一个被打开的观测窗口，在当今天文创新科研活动中占据的地位越来越重要。
由于来自天体的红外辐射本身就比较弱且地球大气层对这些弱红外辐射有着严重的吸收和散射，而天空、望远镜和接收仪器本身的背景噪声又比较大，更加加大了在地面进行天体红外探测的困难；直到以制备出了高灵敏度的红外探测器，以及致冷技术在天文上的应用，才把天体的红外探测推向了一个崭新的阶段，从而导致了现代天文学中不可忽视的一个重要分支—红外天文学的形成。
红外天文观测主要是在红外波段通过观测研究宇宙中各类天体源。
天文学上，红外波段的范围在1.0∼1 000 µm，主要分为三个区域：近红外区(1.0∼5 µm)、中红外区(5∼25 µm) 和远红外区(25∼1 000 µm)。
天体的红外探测在天文学领域中有其特殊的重要作用,主要原因为:(1)根据维恩位定律：Tλm=2 998 µm·K，温度在3 000 K 以下的天体，其辐射峰值在红外波段。
近、中、远红外分别对应的黑体温度约为：3 000∼600 K、600∼100 K、100 K 以下。
由于从宇宙尘埃到巨大恒星它们的温度范围约为3–1500 K, 辐射能量主要集中位于红外区，因此红外观测对研究低温环境，揭示冷状态的物质，例如恒星周围形成的多尘恒星云和被冰覆盖的卫星表面等非常重要(2)探索隐藏的宇宙，红外谱段的光线具有极强的穿透性，可以穿透宇宙中的云团和尘埃揭示被气体和尘埃包裹的恒星形成区的变化过程，借助红外望远镜，我们可以观测到银河系的中心和新成的星系。
（尘埃的瑞利散射与辐射波长的四次方成反比）。
（3）空间红外观测可以追溯宇宙早期生命。
宇宙哈勃膨胀产生的宇宙红移,不可避免地会使能谱向长波长端移动,其移动量与天体的距离成正比,使高红移体早期发出的可见光和紫外辐射光谱位于红外光谱区,因此宇宙中的第一个物体是怎样和什么时候形成的,都可通过红外观测了解到。
夜观天象的书
夜观天象的书夜晚，星空中的闪烁点点繁星，仿佛与此刻的我心灵产生了某种奇妙的共鸣。
我坐在窗前，拿起了《夜观天象的书》，这是一本让人沉醉其中的书籍。
第一章天体观测基础书中的第一章详细介绍了天体观测的基础知识。
它不仅为读者提供了天体术语的解释，还介绍了星座的名称和形象。
通过阅读这一章节，我对天上的星辰们有了初步的了解。
第二章星空研究方法第二章则从科学的角度解释了星空研究的方法。
它涵盖了天文学的基本观测工具，例如望远镜和天文摄影技术。
通过学习这一章，我渐渐明白了天文学家是如何研究并解析星空中的各种现象的。
第三章黑暗中的天空接下来，书中的第三章带我进入到了黑暗中的天空。
作者生动描述了远离城市的夜晚，万籁俱寂的感觉以及清晰的星空。
他还解释了为什么远离人造光源的环境对于天体观测是至关重要的。
这一章节教会了我选择观测地点和时间的重要性。
第四章星座与神话在第四章，书中详细讲解了不同星座的形成原因以及与神话传说的联系。
通过对星座的了解，我发现星空中的每个角落都隐藏着一个独特的故事。
读完这一章，我发自内心地为宇宙的神秘和神话所折服。
第五章天体运行与季节变化第五章探讨了天体运行和季节变化的关系。
它引导我了解了太阳、月亮和行星等天体的运动规律，并解释了地球轨道倾斜产生的季节变化现象。
这让我对宇宙的秩序和演变过程有了更深入的了解。
第六章天体事件与观测接下来的第六章重点介绍了各种天体事件及其观测方法。
例如，日食、月食、流星雨和彗星的出现等。
这一章节教会了我如何追踪和观测这些独特的天文现象，更加激发了我对宇宙奥秘的好奇心。
第七章天文摄影第七章是我最为期待的一章，因为它讲述了天文摄影的技巧和方法。
作者用通俗易懂的语言解释了如何捕捉星空中的美丽瞬间，并分享了一些经典的天文摄影作品。
我迫不及待地想将所学知识运用到实践中，记录下星空中那美妙的瞬间。
第八章天文学的历史与发展最后，书中的最后一章带我回顾了天文学的历史与发展。
我了解到，天文学从古代至今一直发展着，并做出了许多重要的发现和贡献。
天文学的观测方法与仪器
天文学的观测方法与仪器天文学是研究宇宙的科学领域，通过观测天体的方法与仪器来解析宇宙的奥秘。
观测方法与仪器在天文学的发展中起着至关重要的作用，不仅使我们对宇宙的了解越来越深入，还为宇宙探索提供了基础。
一、光学观测方法与仪器光学观测方法与仪器是天文学中最常用的一种方法。
利用天体发出的、反射的或透过的电磁辐射进行观测和研究。
光学望远镜是光学观测方法的重要仪器之一。
其中最早由于伽利略而闻名于世的光学望远镜使我们能够观测到诸如月球表面细节、木星的卫星等。
现代的光学望远镜通过采用大型镜面反射望远镜和折射望远镜，具备更高的角分辨本领和拥有更广阔视场的能力，使我们能够更好地观测到宇宙中的天体。
二、射电观测方法与仪器射电观测方法与仪器用于观测天空中的射电辐射。
射电天文学是天文学中的重要分支领域，对宇宙的理解起到至关重要的作用。
射电望远镜是射电天文学研究的基础仪器。
如2009年中国自主研发并建成的大型射电望远镜FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope），它是世界上口径最大的单天线射电望远镜，具备极高的灵敏度和角分辨率，为人类探索宇宙提供了无限可能。
三、红外观测方法与仪器红外观测方法与仪器利用天体发出的红外辐射来进行观测和研究。
红外天文学是研究通过红外光谱能够揭示天体物理过程的一种方法。
红外望远镜是红外观测的主要仪器，如位于智利的欧洲南方天文台的VISTA望远镜，它是目前世界上最大的专用红外巡天望远镜之一，能够高效地观测大范围的红外天体。
四、X射线与γ射线观测方法与仪器X射线与γ射线观测方法与仪器是研究天体物理的重要手段。
X射线和γ射线属于高能辐射，能够揭示宇宙中高能物理过程的发生。
X射线望远镜和γ射线望远镜是进行X射线和γ射线观测的主要仪器。
欧洲空间局的XMM-Newton卫星和NASA的Chandra X射线天文台是目前最重要的X射线观测设备之一，它们被广泛应用于宇宙背景辐射、超新星爆发等研究中。
天文学行业中的天体观测技术的使用方法
天文学行业中的天体观测技术的使用方法天文学是一门研究宇宙中天体的运动、性质和起源的科学。
天体观测是天文学中非常重要的一部分，通过观测天体可以获取关于宇宙的各种信息。
天文学行业中的天体观测技术的使用方法非常多样，本文将介绍几种常见的观测技术。
首先要介绍的是光学天文观测技术。
光学天文观测是最为常见、最直观的观测方法之一。
它利用光学仪器观测天体发出的光或反射、透过的光来研究天体的性质。
光学观测技术包括望远镜观测、摄影、光谱观测等。
其中，望远镜是最基础的工具，它可以放大天体的图像，使得我们可以更清晰地观测到天体的细节。
望远镜的选择要根据观测目标的特性和观测需求来确定。
另外，摄影技术也是重要的观测手段之一，通过拍摄天体的照片，可以记录下它们的位置、亮度等信息。
而光谱观测则可以通过将天体的光分解成不同波长的光谱来研究物质的组成、运动等。
除了光学观测技术，无线电天文观测也是天文学中广泛应用的一种观测方法。
无线电观测是利用无线电波来探测和研究天体。
天体释放出的电磁辐射可以通过无线电望远镜进行接收和分析。
无线电观测技术可以用来研究星系、脉冲星、射电源等天体。
它具有穿透云层和尘埃的能力，可以观测到其他波段无法观测到的天体和现象。
无线电望远镜通过收集、放大和分析微弱的无线电信号，可以获取更多关于天体的信息。
例如，利用射电望远镜可以观测到宇宙中的射电源，以及宇宙微波背景辐射等现象。
此外，X射线和γ射线观测技术也是天文学中常用的观测手段之一。
X射线和γ射线是高能量的电磁波，可以透过尘埃云层，观测到隐藏在星云和星际介质中的天体。
X射线观测广泛应用于研究恒星、黑洞和星系等天体，可以探测到它们释放出的高能辐射，以及它们的物质吸积和排布等特性。
γ射线观测则主要用于研究宇宙射线、伽玛暴和高能天体等。
这些高能辐射的观测需要使用特殊的观测仪器和探测器，例如X射线望远镜和γ射线望远镜，以及高能探测器等。
此外，天文学行业中还使用了其他一些观测技术，如红外观测和重力波观测。
天体现象的观测与解释
太空探索
总结词
太空探索是利用天体现象进行深空探测和研究的科学活动，对人类认识宇宙和推动科技进步具有重要意义。
详细描述
太空探索涉及观测太阳、行星、恒星等天体的物理性质、化学成分、运动规律等方面，通过分析这些天体的数据 ，科学家们可以了解宇宙的起源、演化等重大问题。同时，太空探索也为人类探索外太空、开发太空资源提供了 重要的科学依据和技术支持。
天文考古学
总结词
天文考古学是利用天体现象对古代文明进行研究的一门学科，通过分析古代天文遗迹和文献，揭示古 代文明与天文学的相互影响。
详细描述
天文考古学通过对古代天文观测遗址、星图、天文学著作等的研究，揭示古代文明对天文学的贡献以 及天文学对古代社会发展的影响。例如，玛雅文明的天文观测遗址和文献揭示了他们对太阳活动和历 法的精确观测和计算，这些知识对现代天文学和玛雅文明研究具有重要的价值。
星系现象
星系旋臂
旋涡星系中的旋臂结构，影响星系内 恒星的形成和运动。
星系碰撞与合并
两个或多个星系之间的相互作用和合 并过程。
黑洞吸积盘
黑洞周围物质旋转形成的盘状结构， 产生强烈的X射线和无线电波。
星系中心超大质量黑洞
对星系中心超大质量黑洞的质量、活 动性和影响的研究。
宇宙射线现象
宇宙射线起源
宇宙射线传播
近地轨道探测器观测
近距离观测地球和其他天体，提供高分辨率图像和数据。
深空探测器观测
远距离观测太阳系外天体，揭示宇宙的起源、演化和结构。
PART 02
天体现象的分类
REPORTING
行星现象
行星轨道运动
行星绕太阳的轨道运动，包括 椭圆、抛物线等轨道。
行星自转
行星绕自身轴线的旋转运动， 导致昼夜交替等现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在纯净(本征)半导体中价电子要成为导电电子必 须从外界获得至少Eg的能量， Eg称为禁带，或激 活能，所以有：
hν ≥ E g
hc 1.24 = ( μm ) 截至波长(Cut-off Wavelength)：λc = E g E g (eV )
在室温下各种半导体的Eg ≥0.18eV, 所以，λC ≤7μm,
目前对恒星形成的研究，主要是依靠红外和射 电波段的观测依据 低质量(<3M⊙)恒星形成的一个基本图景
• 基于观测和理论分析，F. Shu(徐侠生)认为孤立的低 量星的形成图景已有条件建立 。 • Shu提出孤立的低质量星形成的四个阶段,即： 1） 磁云核形成阶段； 2） 自-相似收缩及原恒星、盘形成阶段； 3） 磁离心驱动的低电离星风和分子外向流阶段； 4） 尘埃盘围绕的PMS(pre-main sequence主序前) 星演化阶段。
§6.1 红外天文观测的意义和特点
红外波段是位于可见光和亚毫米波，射电波段之间，红外 辐射的波长范围为： 770nm～(200-350)μm, 亚毫米波： (200-350) μm ～1mm
红外波段又可分为： 对应温度范围(K) WHAT WE SEE
近红外： (0.7-1) to 5 μ; 740 to (3,000-5,200) Cooler red stars Red giants Dust is transparent 中红外： 5 to (25-40)μ; (92.5-140) to 740 Planets, comets and asteroids Dust warmed by starlight Protoplanetary disks 远红外 (25-40) to (200-350)μ; (10.6-18.5) to (92.5-140) Emission from cold dust Central regions of galaxies Very cold molecular clouds
是一种光敏二极管。工作波段在1 μm -5μm，覆盖 了JHKLM波段，高阻抗变换放大器输出为电压信 号，应用较广，兴隆1.26m红外望远镜使用的就是这 种探测器(现已停用) 。
(3) 红外CCD 使用碲镉汞(HgCdTe)，硅化铂(PtSi)，制作工艺较复杂， 目前只有美国，日本等少数国家掌握此种技术，且已非常 成熟，可工作在1 –12μm，是目前最有前途的探测器。日 本冈山天体物理观测所的 188厘米望远镜的卡塞格林焦点 上安装了OASIS红外相机, 探测器为NICMOS3 HgCdTe 256×256列阵.偏振成像观测时，需要在相机OASIS的前 端安装一个偏振器. 该偏振器主要由一个可转动的消色差 半波片和一个固定的冷偏振片组成 。 目前我国还没有使用红外CCD。 目前世界上几乎所有的地面大型望远镜都配备了红外 CCD(1024×1024, 2048 ×2048)，包括哈勃空间望远 镜和空间红外望远镜(ISO)。
第六章 天体的红外观测
/cosmic_ classroom/ir_tutorial/index.html/
天体的红外观测在近代天体物理 研究中正在发挥着越来越重要的作 用，有人认为，未来天体物理的重 大发现，很可能在射电和红外波段 （包括亚毫米波）。
• • • •
目前世界上大的望远镜都开展了红外测 光和光谱观测，且所占比例越来越大。
兴隆1.26m锑化铟 (SB)红外光度计系统
副镜调制原理图
大型望远镜和空间望远镜也采用焦平面调制：旋转或 （移动）斩波轮技术，CCD可替代调制。
§6.2 红外探测器
将天体投射来的红外辐射转变成可被测量的物理量 （多数情况为电量），从而确定辐射的存在、大小及各 种特性，这主要靠红外探测器来实现。红外观测的质 量，很大程度上取决于红外探测器的性能。 6.2.1 红外探测器的分类和基本工作原理 从探测机制上主要分为二类： 热探测器(对波长无选择性，在红外可做到全波响应) 光子探测器（光电效应） 目前天文观测常用的是光子探测器，它又分为二类： 光导(pc)探测器（内光电效应） 光伏(pv)探测器（阻挡层光电效应）
Δλ(nm) 68 98 89 138 149 Δλ/nm 213 307 390 472 460
fx(A0V)/Jy 1570 1020 636 281 154
fx(A0V)/Jy A0V型的零等恒星在大气外的绝对流量。
6.1.2 红外观测仪器的特点
• 望远镜不是封闭式镜筒，采用珩架结构； • 焦比大，f/20-f/100，可减小副镜的大小和 主镜中心孔的大小，以减少天空背景噪 音； 主镜镀银或金，比镀铝对红外反射率高； 高的指向精度，因红外源较弱或光学不可 见 副镜调制； 对主动光学的实现较有利
7.5 - 14.5 μ
N
very high
17 - 40 μ 330 - 370 μ
17 - 25 μ: Q 28 - 40 μ: Z
very low very low
very high low
λeff (nm) U 365 B 445 V 551 R 658 I 806 λeff /μ J 1.22 H 1.63 K 2.19 L 3.45 M 4.75
λC (μm)
23 29 8.3 6-30 124
77 4 4
6.2.2 天文常用红外探测器
(1) 硫化铅(PbS)光导探测器 主要用于近红外，λC =3.3μm, 我国云南天文台1米望 远镜有我国80年代自行研制的第一台PbS红外光度计， 可进行JHK波段的测光(现已淘汰)。
(2)锑化铟(InSB)光伏探测器
磁云核形成
Class 0
原恒星、盘形成
• Infrared Astronomy is the detection and study of the infrared radiation (heat energy) emitted from objects in the Universe. All objects emit infrared radiation. So, Infrared Astronomy involves the study of just about everything in the Universe. In the field of astronomy, the infrared region lies within the range of sensitivity of infrared detectors, which is between wavelengths of about 1 and 300 microns. The human eye detects only 1% of light at 0.69 microns, and 0.01% at 0.75 microns, and so effectively cannot see wavelengths longer than about 0.75 microns unless the light source is extremely bright.
IR Atmospheric Windows
Infrared Windows in the Atmosphere
Wavelength Range 1.1 - 1.4 μ 1.5 - 1.8 μ 2.0 - 2.4 μ 3.0 - 4.0 μ 4.6 - 5.0 μ Band J H K L M Sky Transparency high high high 3.0 - 3.5 μ: fair 3.5 - 4.0 μ: high low 8 - 9 μ and 10 12 μ: fair others: low Sky Brightness low at night very low very low low high
λC(μm)
1.1 1.8 2.9 3.3 12
为了实现在更长波长上的红外探测，一般有两种方法： 1）三元素合金。如Hg Cd Te(碲镉汞)； 2）利用纯净半导体掺杂(dope)，称为非本征或掺杂光 导探测器，一般纯净半导体用IV族元素，例如 Ge(锗) 和Si。
半导体掺杂后，其杂质电离能Ei很小，如Ge对III族杂质 (Ga镓)仅为≈0.01eV，故截至波长 hc 1.24 λc = = ( μm) = 124( μm) Ei Ei (eV ) 掺杂光电导探测器由于Ei 很小，受到热干扰的可能性也 越大，所以必须工作于液氮温度以下(4 — 77K)。 半导体：杂质 Si：As(砷) Si：Sb (锑) Ge：Au(金) Ge：Cu(铜) Ge：B(硼) 使用温度(K) Ei (eV) 0.054 0.043 0.15 约0.04 0.01
红外星团的JHK图像
近红外 光学
红外星团的JHK图像
天体红外研究的领域
• 太阳系天体——太阳、行星、彗星； • 恒星形成区——红外星团，HII区，红外星云； • 恒星——红巨星、超新星、激变变星(双星)； • 银河系——银道面，银心； • 河外星系——星暴星系（star-burst ，红外极亮星系） 高红移星系 • 宇宙背景辐射——红外背景，微波背景 COBE带有3台主要的观测仪器：远红外绝对分光测量仪 (FIRAS)、较差微波辐射计(DMR)和弥散式红外背景探测 器(DIRBE)。
6.1.1 红外天文发展简史：
红外观测最早可追溯到19世纪初， 1800年英国天文学家赫歇尔 (W.Herschel) 用棱镜和温度计观测到 太阳的红外辐射，
blue: 80 ° yellow: 83° infrared: 86 °F
Warm-Blooded vs. Cold-Blooded
IR Astronomy
• The contellation Orion as you go from a visible to an infrared view
但对天体红外辐射进行认真的研究，是从20世纪初才 开始的。美国天文学家对行星和亮的恒星进行红外的观 测，1949年前苏联在近红外的成像观测中，发现银河中 心方向人马座附近的一个红外星云，这在以前的光学观 测是看不到的，这主要是银心方向的星际消光，可见光 比红外要严重的多。AV=λ-1