Kapan refraksi optik penting dalam astronomi?

Apa yang merupakan sistem / model astrofisika yang penting, di mana pembiasan optik penting atau perlu diperhitungkan?

Saya dengan hormat meminta Anda untuk tidak mempertimbangkan pembiasan di atmosfer Bumi atau instrumentasi orang dalam dalam pertanyaan ini.

Komentar: Pelensaan gravitasi berbeda dari pembiasan optik meskipun mempengaruhi jalur cahaya. Saya ingin meminta penulis untuk tidak menyebutkannya di berikut ini.

radiative-transfer Alexey Bobrick
sumber

Maksud Anda pembiasan dalam teleskop / instrumen atau saat cahaya dibuat dan bergerak ke arah kita?

Francesco Montesano

@FrancescoMontesano: Terima kasih, ini relevan! Maksud saya refraksi astrofisika, bukan instrumental.

Alexey Bobrick

Jawaban:

Pembiasan optik terkait dengan perubahan arah sinar cahaya ketika indeks bias berubah. Tidak termasuk atmosfer dan instrumen Bumi, saya pikir pembiasan memiliki sedikit / tidak berdampak pada astronomi.

Satu-satunya kasus yang muncul di benak saya di mana kita dapat (mungkin) memiliki beberapa pembiasan penting adalah dalam melampaui bintang binari atau mendekati tepi pada sistem planet. Mari kita bayangkan sebuah planet transit di belakang bintangnya. Sebagian cahaya melewati atmosfer bintang dan dibiaskan. Ketika atmosfer melengkung dan kemungkinan mengubah indeks bias dengan ketinggian, ia bertindak seperti pendispersi lensa (intuisi berkata demikian) terhadap planet.

Sunting Deskripsi serupa berlaku secara umum untuk objek apa pun yang lewat di belakang objek lain yang memiliki atmosfer.

Dan ada Gravitational Lensing (jika Anda izinkan saya), yang memiliki dampak yang jauh lebih besar pada pengamatan. Ini disebabkan oleh gravitasi yang menekuk sinar cahaya ketika melintas di dekat galaksi / gugusan galaksi (/ bintang / ...). Salah satu perbedaan dari pelensaan gravitasi sehubungan dengan lensa standar adalah bahwa tidak ada perubahan dalam indeks bias, jadi itu achromatic (semua panjang gelombang bisa ditekuk oleh sudut yang sama).

Indeks bias yang efektif dapat digambarkan sebagai (sumber: Narayan dan Bartelmann (pdf)): di mana adalah potensi gravitasi dan umumnya merupakan fungsi dari posisi objek.

n = 1 + \frac{2}{c^{2}} | Φ |

$n = 1 + \frac{2}{c^{2}} |\Phi|$

Φ

$\Phi$

Pelensaan gravitasi secara kanonik dibagi dalam tiga kelompok:

Lensa yang kuat, biasanya diamati di kluster galaksi atau di sekitar galaksi besar. Potensi gravitasi sangat kuat sehingga gambar galaksi latar belakang sangat terdistorsi menjadi busur dan cincin, seperti pada gambar mencolok Abell 2218 dari HST:

_{(sumber: hubblesite.org )}
Lensa lemah. Cahaya galaksi bertemu materi (dan banyak materi gelap) yang bepergian ke kita dan dibiaskan. Ini tidak memiliki efek dramatis seperti pada lensa yang kuat, tetapi mendistorsi bentuk galaksi. Dan distorsi ini dapat digunakan untuk mempelajari, misalnya, distribusi materi gelap di sekitar beberapa objek atau konten alam semesta.
Lensing mikro. Bayangkan untuk mengamati bintang dan entah bagaimana tahu bahwa gumpalan materi gelap akan lewat di depan bintang. Gumpalan tidak cukup besar untuk mengubah bentuk bintang, tetapi pasti akan meningkatkan luminositas bintang dengan jumlah kecil.

Francesco Montesano
sumber

Terima kasih banyak! Pembiasan cahaya dari transit planet sepertinya merupakan contoh yang baik bagi saya. Namun, pelensaan gravitasi, bahkan berperilaku efektif seperti pembiasan, memiliki sifat yang berbeda dari pembiasan optik. Saya kira planet bukan satu-satunya kasus. Misalnya, media antarbintang atau intergalaksi dapat menjadi bias pada beberapa panjang gelombang.

Alexey Bobrick

Juga, saya ingin tahu jika Anda mengetahui alasan fisik, yang dapat mendukung pernyataan ini "Saya pikir pembiasan memiliki sedikit / tidak ada dampak dalam astronomi"?

Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick. Saya tahu bahwa pelensaan Gravitasi bukan refraksi (itulah sebabnya saya menulis if you allow me), tetapi itu adalah efek terbesar yang terlihat seperti refraksi. Saya mencari beberapa info tentang pembiasan media antarbintang / intergalaksi, jadi saya akan segera memperbarui jawaban saya. Tentang "I think that refraction has little/no impact in astronomy": alasan utamanya adalah saya tidak ingat pembicaraan / makalah / diskusi tentang refraksi. Dan jika itu menjadi masalah, akan penting untuk kosmologi (bidang saya).

Francesco Montesano

Terus terang, saya juga tidak ingat banyak bicara / makalah yang menyebutkan refraksi. Namun, saya percaya, akan sangat menarik untuk menemukan penjelasan fisik untuknya. Terlepas dari hal-hal yang disebutkan, mungkin ada juga beberapa efek dalam transfer radiasi di AGN tori yang telah saya dengar, tetapi saya harus mencarinya.

Alexey Bobrick

@FrancescoMontesano Absolutely - Saya percaya kita berada di bidang yang sama (kosmologi dengan pelensaan) dan membantu lebih dari satu orang menanggapi pertanyaan dan meningkatkan jawaban ketika mereka bisa. Tidak ada yang mengingat segala sesuatu di bidangnya dan senang diingatkan akan banyak hal.

astromax

Inilah makalah yang saya temukan yang berbicara tentang indeks pembiasan materi gelap (berbeda dari pelensaan gravitasi) dan bagaimana suatu sinyal dapat menipiskan. Makalah ini berjudul, "Kendala Materi Gelap dari Indeks Kosmik Refraksi" , dan di sini adalah abstrak:

Kandidat materi gelap fisika partikel selalu memiliki interaksi elektromagnetik, jika hanya melalui fluktuasi kuantum. Secara keseluruhan, materi gelap dapat menghasilkan indeks bias yang menyimpang dari nilai vakumnya. Kehadirannya ditandai melalui efek yang bergantung pada frekuensi dalam propagasi dan redaman cahaya. Kami membahas kendala teoritis pada perluasan indeks bias dengan frekuensi, interpretasi fisik dari istilah, dan pengamatan khusus yang diperlukan untuk mengisolasi koefisiennya. Ini, dengan munculnya peluang baru untuk melihat semburan sinar gamma pada skala jarak kosmologis, memberi kita penyelidikan baru materi gelap dan kemungkinan baru untuk deteksi langsungnya.

Sejujurnya saya tidak begitu mengerti bagaimana fluktuasi kuantum materi gelap dapat menghasilkan efek seperti itu. Selain efek instrumental atau atmosfer (dan pertimbangan teoretis), saya jujur tidak ingat pembiasan pernah muncul sebagai efek penting.

astromax
sumber

Saya juga belum bisa mengatakannya. Ini sangat menarik, terima kasih!

Alexey Bobrick

Dengan mengamati sumber cahaya atau gelombang radio yang melewati tepi atmosfer planet, tekukan dan penundaan (keduanya karena kecepatan cahaya yang lebih rendah dibandingkan dengan vakum) dapat digunakan untuk menganalisis atmosfer itu.

The empat jawaban untuk pertanyaan Kapan ilmuwan planet menyadari tekanan permukaan Venus' hampir 100x yang di Bumi? Bagaimana mereka mengetahuinya? akan membutuhkan sedikit waktu untuk menelusuri tetapi mereka sepadan.

Dengan menggunakan gelombang pembawa monokromatik, seseorang dapat mendeteksi kerapatan terintegrasi dengan penundaan fase total (jumlah siklus) yang terakumulasi ketika sinar melewati lapisan yang lebih tebal dan lebih tebal.

Ini dari jawaban itu:

Sumber

di atas: Piringan Stanford 150 kaki yang digunakan untuk mengirimkan sinyal frekuensi ganda ke Mariner 5 untuk pengukuran okultasi radio dari kepadatan atmosfernya. Dari instartupland.com 1 , 2 , 3 .

Saya cukup yakin pembiasan radio telah digunakan untuk mempelajari atmosfer raksasa gas seperti Jupiter dan Saturnus, tetapi saya belum tahu apakah pembiasan optik telah dimodelkan. Ini dari pertanyaan (yang belum terjawab), Pembiasan oleh atmosfer Saturnus - seberapa padatnya di sini?

di atas: potongan gambar Cassini NASA dari sini

uh oh
sumber