7 양자효율 (QE) 기출 : 09(30) 검출된광자수 입사광자수 ( 검출기의 QE 는입사광의파장의함수이다.) 8 시그널대잡음 S/N (Signal to Noise Ratio) 기출 : 09(30) - 기기가완벽하다할지라도입자처럼작용하는입사광자의통계적요동때문에모든관측은

Size: px

Start display at page:

Download "7 양자효율 (QE) 기출 : 09(30) 검출된광자수 입사광자수 ( 검출기의 QE 는입사광의파장의함수이다.) 8 시그널대잡음 S/N (Signal to Noise Ratio) 기출 : 09(30) - 기기가완벽하다할지라도입자처럼작용하는입사광자의통계적요동때문에모든관측은"

영후 여
5 years ago
Views:

1 I. 기본개념 1초점비 ( 비 ) 기출 : 02(8), 10(40), 11(34) 비 = ( : 초점거리 : 지름 ) - 의미 : 상의밝기 - 표현 : ( ) - 이용 : 비 작은수 ( /1~ /3) : 밝다 / 빠르다큰수 ( /8~ /15) : 어둡다 / 느리다 2 집광력기출 : 02(8), 10(40) 구경의면적 =(π/4) 이므로 에비례한다. ( 상대적인비교만가능 ) 3 상의크기기출 : 02(8), 10(40), 11(34) tan 건판척도 ( ): 하늘의 1 에해당하는상의크기 = tan deg. 궤적, 시야이해하기 4 렌즈제작자공식 : 상을얻고자하는물체까지의거리 : 대물렌즈로부터상까지의거리 상이초점에맺히는이유 5 배율 6 분해능 RP= min, min = rad = 206,265 망원경의원형구경으로인한회절고려 ( 레일리한계 ) =(1.22)(206,265 ) min ( 간섭계에서는회절고려X) ; 증명 : 기천95p 실제로는지구대기의시상에의해분해능이떨어진다. 대물경 : 빛을초점으로모아상을맺히게하는렌즈나거울 접안경 : 초점에놓인렌즈. 초점에맺힌상을육안으로관측하게하는작은확대경. 시상 : 공기의교란은빛이들어올때굴절률을달라지게하여별빛을반짝거리게한다. 공기덩어리의움직임은망원경을통해보이는상을퍼지게하고변형시킨다. 시상원반이작으면좋은시상

2 7 양자효율 (QE) 기출 : 09(30) 검출된광자수 입사광자수 ( 검출기의 QE 는입사광의파장의함수이다.) 8 시그널대잡음 S/N (Signal to Noise Ratio) 기출 : 09(30) - 기기가완벽하다할지라도입자처럼작용하는입사광자의통계적요동때문에모든관측은잡음을내포하게된다. -S/N 이클수록노이즈비율이적은것이므로질높고, 많은정보를얻게된다. 평균값의표준편차 헤아려진광자의평균개수 시그널대잡음의비 단위시간에들어오는광자수인광자플럭스 어떤시간동안검출된총광자의수 이므로 광자는푸아송확률분포를따르므로 만약단지이런요동만이잡음의근원이라면 이고 따라서 그러므로만약 개의광자를세었다면 이다 -누적시간 t를증가하여우리가원하는 S/N을얻을수있다하더라도, 실제로는망원경의사용시간이한정되어있다. -그러므로양자효율QE를높여서망원경을더효율적으로사용할필요가있다. 푸아송확률분포 1푸아송분포 : 확률론과통계학에서어떤특정시간대에걸쳐알려진어떤사건의발생률의분포를표현하기위한이 산형확률분포이다. 주로시간, 거리, 또는공간상에서무작위로드물게발생하는사건의수를묘사하는데사용되고있 다. 2식 : 푸아송분포에서 m=λ, σ= λ가된다. (λ: 푸아송확률분포에서주어진일정간격동안의평균발생빈도, m: 평 균값. σ: 표준편차 ) 3사용예시 -1킬로미터도로에있는흠집의수 -주어진생산시간동안발생하는불량의수 -하룻동안출생자의수 -어떤 시간동안톨게이트를통과하는차량의수

3 II. 검출기 1. 사진건판 1) 사진건판이란? -유리판에감광유제를입힌것 -천문사진술에서필름보다는유리건판이형태를잘유지하기때문에필름보다더많이사용된다. -분해능: 감광유제의입자크기에의해결정되며, 가장좋은경우입자의크기는 20μm이다. -상의밝기 : 상은입자의밀도 ( 영상의검은정도 ) 에의한결과인데밀도는입사광량에선형적으로비례하지않는다. 선형검출기가아니다. 2) 사진건판의원리 ⑴건판표면에은할로겐화합물 ( 보통은은브롬화물인 AgBr) 을입힌다. 할로겐화합물에흡수된광자는전자를여기 ( 들뜬상태 ) 시켜서전자가원자에서다른원자사이를움직여다닐수있게한다. ⑵은이온 Ag + 가전자를잡게되면중성원자가되는데한장소에이러한은의원자가필요한양만큼쌓이게되면, 그들은숨은영상, 즉잠상을형성한다. ⑶건판을화학물질에노출시킨후처리하면이잠상은영구적인음화로만들어질수있다. 화학물질이사용될때 현상 : 숨은영상을감싸고있는은브롬화결정을은으로변하게하는것 ( 화면이나타남 ) 정착 : 노출되지않은결정을제거하는것 ( 화면을고정 ) 3) 장점 1사진건판의넓은면적은넓은영역에대한정보를모을수있다. 별의위치측정 ( 위치천문학 ) 과하늘의별분포도를만드는데매우유용하게쓸수있다. 2다른검출기에비하여값도싸고이용하기도쉽다. 특징사진건판눈 닮은점 양자효율 (QE) 사진건판은 400~650nm 의파장영역에서일반적으로 1% 의 QE 를가지고, 눈은 550nm 에서최고 QE~1% 를가진다. 선형반응입사광량에선형적으로반응하지않는다. 동시성동시에수백만개의별까지기록할수있다. 한번에하나또는 2 개의천체만을관측할수있다. 차이점 보관가능건판에기록된영상은영구적이므로언제라도검토할수있다. 일시적이다. 노출노출시간을증가시키면더어두운천체의사진도찍을수있다. 어두운천체를아무리오랫동안응시하여도그천체를볼수가없다. 4) 문제점 1감도가낮다. ( 양자효율이낮다 ) 2선형검출기가아니다. 3한번노출된은브롬화결정은더이상의정보를기록하지못하고포화점에이르게된다. 4건판의감도는빛의파장에매우민감하다.

4 2. 광전음극 광전효과 -광양자또는광자가광전음극을때리면전자가튀어나온다. 이전자가양전극또는양극으로이동하게되면측정가능한전류를만들게된다. -빛의양자성질이극적으로나타나는현상. a. 광전효과 b. 광전관 c. 광증배관 1) 광전관 - 빠져나온전자를이용해광자헤아리기를하는장치 2) 광증배관 ( 광전증배관 ) -검출을용이하게하기위해하나의전자를많은개수 ( 10 5 ) 로증배시킨다. -측광정밀도를 0.1~1% 로높일수있다. -광증배관은입사된모든빛을측정할수있지만, 영상을형성하지는못한다. 광증배관의원리 전자가다이노드 (dynode) 를때리면각전자에대하여여러개의전자가방출되는데여러개의다이노드를지나면원래의약한전류가백만배로증폭될수있다. 3) 사진건판과광전관 사진건판 광전관 양자효율 낮다 사진건판의양자효율보다약 10~20배 선형반응 X O - 빛의세기를정확하게측정할수있다.

5 3. 전하결합소자 (CCD) 기출 : 01(14), 02(8) 1)CCD 란? - 한면이 ~10mm 인얇은실리콘칩으로픽셀이라불리는여러개의 화소로구성된다. 2) 원리 1광전변환 - 광자가검출기의표면을때리게되면전자들이튀어나오게되고 2전하축적 - 이전자들은화소에갇혀있게된다. 3전하전송 - 노출이끝나면, 전위차이를변화시켜줌으로써검출기의행을따라화소에쌓인전하를판독기억장치로전달해준다. 기억장치에서각화소에있는전하들은아날로그 / 디지털변화기로전달되는데, 이로부터변환된디지털값이컴퓨터에전송된다. 만약관측노출시간이매우짧다면, 읽기시간이관측시간의대부분을차지하게된다. 3) 장점 1 선형검출기 ( 생성된전하의양은입사한광자의양과전적으로비례 ) 2 영점조정도사진건판의경우보다훨씬더쉽다. 3 양자효율이매우높다. (600~800nm 정도의붉은파장영역에서는 QE가 80~90% 이상 ) 4 매우밝은빛이라도 CCD카메라를손상시키지않는다. ( 광증배관의경우너무많은빛을받으면쉽게부서질수있다 ) 5 적외선영역도측정가능 영점조정 ⑴ 카메라의셔터를닫은상태에서노출을주어암전류를측정하면, 암전류에의한오차를보정할수있다. ⑵ 박명하늘과같이고르게밝은지역의영상을찍음으로서개개화소에서의약간씩차이나는감도를보정할수있다. ( 바닥고르기 ) 4) 문제점 문제점해결방안 nm 이하의자외선파장의빛에대한감도가급격 히떨어진다. 카메라의열잡음에의한암전류 우주선에의한밝은점발생 전자기기에서나타나는읽기잡음. 신호세기가읽기잡음 보다약하면신호가잡음과구별되지않는다. ( 기록가 능한가장어두운별의등급을제한하는요인이된다 ) 많은빛을받으면화소가포화되어생성전하들이주 위화소로이동 큰 CCD 카메라는매우비싸며, 사진건판에비하면여 전히작다. -검출기표면에피복제를바르면피복제가자외선광자를흡수하고장파장빛을방출 -검출기조각을거꾸로뒤집고매우얇게만들어서흡수를줄인다. 액체질소로카메라를냉각시켜일정한온도를유지 ( 너무차가우면감도도감소하므로적당한온도를유지하도록한다 ) 긴시간의노출을한번주는대신에몇개의짧은노출영상을얻어우주선을제거한다. 검출기에있는전하를완전히제거하기위하여수차례에걸쳐읽기과정을거친다. 퍼져있는천체를기록하는데는사진을이용

6 III. 분광기 1. 프리즘분광학 1) 프리즘이란? -유리의굴절룔이파장의함수이므로굴절각도역시파장의함수이다. 이때문에프리즘은여러파장의빛을스펙트럼으로분산시켜이를기록할수있게해준다. -대부분프리즘분광기는입사각과방출각이모두 60 가되도록설계되었는데이것은고분산과투과효율사이의상호보완된결과다. 스넬의법칙 ( 빛의굴절에관한법칙 ) n a sinθ 1 =n g sinθ 2 2) 문제점 1한면이상의유리를완벽하게처리해야하므로제작이어렵다. 2유리의굴절률이파장의매우복잡한함수이기때문에스펙트럼이상당히비선형적이다. 관측된스펙트럼의위치를파장과연관시키는눈금조정작업이매우어렵다. 2. 격자분광기 1) 회절격자란? - 회절격자는밀리미터당통상수백개의나란히파진홈을갖고있다. 빛이파진홈의벽에의해반사될때인접한광선 들이서로간섭을일으키고이에따라서로다른차수의스펙트럼을형성하게된다. ( 투과회절격자도있다 ) - 결합간섭에대한각은다음과같이주어진다. sin 파장 홈사이의거리 스펙트럼의차수 2) 분산 ( 스펙트럼을퍼지게하는능력 ) -회절격자는일반적으로프리즘보다더높은분산을갖고있다. -파진홈의밀도를증가시킴으로써분산을증가시킬수있다. (mm당 300~1,800개의홈범위중하나를선택하게된다.) -차수가커질수록스펙트럼의분산이증가한다. -작은각 ( 라디안 ) 의경우 sinθ θ이므로, 분산은거의 λ에대해선형적이다. 3) 문제 문제많은차수가나타나면빛이관측하고자하는차수에모이지않으므로, 관측효율이저하된다. 해결 이것은홈의개수뿐만아니라홈의각을조심스럽게선택함으로써다소완화될수있어, 적절 한블레이즈각으로빛의 80% 정도를한차수에집중시킬수있다.

7 4) 에셸격자 - 표준격자분광기로는차수가높아지면분산이커져, 차수겹침때문에유용하지않게된다. 따라서고분산분광을 위한대안으로에셸격자가고안되었다. 3. 분광관측 - 현대분광학은표준격자분광기, CCD 검출기, 긴슬릿으로이루어진다. 1) 분광기의분해능을최대한으로활용하게되는경우 ( 스펙트럼의위치, 시선속도 ) - 홈의밀도가큰격자를쓰고슬릿을좁게해야한다. - 어두운천체의경우적당한 S/N 을얻으려면분해능을낮춰야한다. ex) 도플러변이를측정하여시선속도를구하는경우 속도가 0 인밝은비교선스펙트럼이필요하다. 철, 헬륨, 네온, 아르곤등의스펙트럼을천체의스펙트럼과같이찍는다. 2) 스펙트럼의세기에더중점을두는경우 ( 분광측광 ) - 검출기의비균일적인반응효과와지구대기효과를보정하기위해잘관측된표준플럭스항성을자주관측하여야함 3) 동시에많은스펙트럼을얻기위한경우 1 대물프리즘 -슈미트망원경앞에대물프리즘을사용하면넓은시야의천체스펙트럼을동시에기록할수있다. ( 긴슬릿분광에서는한번에한천체만을관측할수있다 ) -저분산스펙트럼이지만항성의스펙트럼분류에매우유용하다.( 분광형결정에이용 ) -특이한천체를찾아내는데대물프리즘탐사가활용되었다. 2다중슬릿분광기 -두가지형태존재 ⑴주어진관측기간동안에계획한각각의관측시야에대하여가리개를만드는것 ⑵하나의긴슬릿을사용하며, 광섬유광학을이용하여각천체의빛을슬릿으로가져오는것

8 IV. 간섭계

V. 망원경의종류기출 : 99(11) (1) 굴절망원경 렌즈를이용해서빛을모으는망원경 천체사진의 -더복잡한렌즈시스템을이용하여시야를넓힌망원경 -3~5개의렌즈로대물구성, 구경은 60cm 이하, /5~ /7, 시야는약 5 -넓은영역의사진을찍을때사용 ( 고유운동연구와별의통계적인밝기연구 ) 장점

단점 색수차생김 보정 : 색지움렌즈사용 ( 육안관측용- =550nm, 사진관측용- =425nm) 서로다른유리로이루어진 3개이상의렌즈를결합하여대물렌즈제작 긴경통 -활용용도제한 ( 쌍성의안시관측, 별의위치측정 ; 자오망원경, 시차측정 ) 유리의균질성이나연마의어려움으로값이비싸진다.

10 V. 망원경의종류기출 : 99(11) (1) 굴절망원경 렌즈를이용해서빛을모으는망원경 천체사진의 -더복잡한렌즈시스템을이용하여시야를넓힌망원경 -3~5개의렌즈로대물구성, 구경은 60cm 이하, /5~ /7, 시야는약 5 -넓은영역의사진을찍을때사용 ( 고유운동연구와별의통계적인밝기연구 ) 장점 밀폐되어있으므로, 경통내부의공기흐름이없기때문에안정된상 광축이틀어짐으로인해생기는빛의악화도반사망원경보다훨씬좋다. 단점 색수차생김 보정 : 색지움렌즈사용 ( 육안관측용- =550nm, 사진관측용- =425nm) 서로다른유리로이루어진 3개이상의렌즈를결합하여대물렌즈제작 긴경통 -활용용도제한 ( 쌍성의안시관측, 별의위치측정 ; 자오망원경, 시차측정 ) 유리의균질성이나연마의어려움으로값이비싸진다. 보통 f수가크게제작되어망원경의크기가대형화 1 갈릴레이식 ⅰ 시야가좁다. ⅱ 확대정립허상 ⅲ 소형쌍안경, 오페라글라스에사용 2 케플러식 ⅰ 시야를넓게하고상을좋게할수있다. ⅱ 도립실상 ⅲ 대부분의천체망원경에사용 (2) 반사망원경반사망원경은포물면의얇은알루미늄층으로피복된거울을사용하므로색수차가전혀없고, 제작이렌즈에비해훨씬쉽다. 관측자가주초점에서직접검출기를조작할수있다. 그러나코팅상태가영구적이지못하므로자주코팅을해야하며광축의오차에의한상의악화가크고망원경의이동에의해쉽게광축이변하며, 경통이대기에개방되어있으므로상이공기의흐름에영향을많이받는다는단점이있다.

1 뉴튼식오목거울을주경으로쓰는것으로, 초점거리가커지면접안부의위치가바닥으로부터높아지는단점이있지만, 제작이쉽고가격이싸며, 빛이들어오는방향과직각의위치를들여다보는것이므로천정방향을볼때편리하다. 2 그레고리식 2 차경을오목거울로사용하고, 주경의초점밖에 2 차경이놓임으로정립상이되는 특징을갖고있다.

11 1 뉴튼식오목거울을주경으로쓰는것으로, 초점거리가커지면접안부의위치가바닥으로부터높아지는단점이있지만, 제작이쉽고가격이싸며, 빛이들어오는방향과직각의위치를들여다보는것이므로천정방향을볼때편리하다. 2 그레고리식 2 차경을오목거울로사용하고, 주경의초점밖에 2 차경이놓임으로정립상이되는 특징을갖고있다. 3 카세그레인식주경의초점거리안에볼록거울 (2차경) 을놓아합성초점거리를주경초점거리의몇배로늘릴수있는장점이있어경통의크기를대폭줄일수있다. 주경에구멍을뚫어야하므로, 소구경의망원경은잘만들지않고대구경의망원경에사용된다. 4 쿠드식 3차경에서빛을재차반사시켜망원경의극축에따라빛이나오도록제작된망원경이다. 분광기나카메라측정장치등무거운관측기재를경통에장치하여일주운동을추적할필요없이바닥에고정시켜놓을수있는편리함이있다. 따라서현재대구경망원경들은뉴톤, 카세그레인, 쿠드의세가지방식을전부사용할수있도록제작된것이대부분이다. 5 나스미스식 카세그레인방식과유사하나주경의중심부는뚫려있지않고대신주경바로앞에뉴턴식 과같은 45 평면거울을설치해상을경통옆으로끌어내어볼수있다.

12 (3) 반사굴절망원경반사굴절망원경은반사망원경과굴절망원경의장점만을채택해서만든망원경으로, 기본형은반사지만모든수차의보정은렌즈가하고주경은구면일뿐이다. 같은구경에서굴절망원경이상의성능을내면서도크기가무척작다는장점이있는반면가격이비싼것이단점이다. 1 슈미트카메라 보정판으로코마수차와구면수차를보정시켜서밝고넓은시야를얻을수있으므로, 사진촬영용으로많이쓰여슈미트 카메라라고불린다. 2 기타 < 슈미트-카세그레인식 > ⅰ 상은안정되고선명 ⅱ 슈미트방식-구면인주경, 보정렌즈 ⅲ 카세그레인방식-주경중심부구멍, 부경 ⅳ 망원경은짧게유효초점거리는길게할수있다. < 막스토프식 > ⅰ 사진용으로만이용가능 ⅱ 주경은구면 ⅲ 보정판에메니스커스렌즈로구면수차를제거 ⅳ 주경과보정렌즈는중심이같은구이다. ⅴ 슈미트식보다구면수차가약간심하다. < 막스토프-카세그레인식 > 막스토프망원경의주경의중심에홈을내고초점부근에부경을설치해주경과부경을통과한빛이주경의중심에난홈을통과한뒤초점을맺도록설계한것이다. 헤밀턴식 베이커 - 슈미트식 막스토프카레라식

13 VI. 기타

. 0.. Planck : sec : sec : : m in radian m in ln sec 심장 발 기압

. 0.. Planck : sec : sec : : sec sec A . 0.. Planck : sec : sec : : m in radian m in ln sec 심장 발 기압 . 0. sec π . 0.. Planck : sec : sec : : sec sec sec sec . 0.. Planck : sec : sec : : m p = 1u=931.5 MeV