多波段觀測下的宇宙面貌

多波段觀測下的宇宙面貌 指導老師 : 梁贊全老師學生 : 陳建舟 (497210017) 陳冠淳 (497210030) 劉致言 (495120056) 蕭頌恩 (496120014) 江綺玲 (496335009) 吳文駿 (495335010) 陳俊宏 (496335031) 蘇姵諭 (495125032)

提要 • 運用多波段觀測 • 廣域和行星照相機 • 各種光線介紹 • 天文與物理 • 結果與討論

運用多波段觀測 • 在天體內所進行的不同物理過程，往往會產生不同波長的光線。 • 一個天體的外貌很大程度上取決於我們以何種波段觀測它們。 • 隨著探測器技術的日益改進，天文學家已可利用不同波段來觀測宇宙 • 目前天文學家已掌握更先進的工具，能同時對天體的不同波段進行觀測，這種方法稱為「同時多波段觀測法」。

用M1的紫外線照片(圖b)尋找星系內的熾熱O型和B型恆星。這兩類恆星由於表面溫度太高，所發出的光大部分屬紫外光。此外，我們也可利用M81的X射線照片(圖c)來搜尋黑洞。事實上，M81星系中心的X射線亮點，可能便是物質掉進一個巨型黑洞時所產生的。用M1的紫外線照片(圖b)尋找星系內的熾熱O型和B型恆星。這兩類恆星由於表面溫度太高，所發出的光大部分屬紫外光。此外，我們也可利用M81的X射線照片(圖c)來搜尋黑洞。事實上，M81星系中心的X射線亮點，可能便是物質掉進一個巨型黑洞時所產生的。

廣域和行星照相機-WFC3 • 第三代廣域照相機 • 設計成多功能的照相機，能夠在大視野和很寬廣的波長範圍內獲取天文學目標的影像，是哈柏的第四代軸向儀器。 • 兩個獨立的光路： • 一對2048 X 4096的CCD，可以記錄波長200至900奈米的影像 • 一個近紅外線偵測器陣列，涵蓋的波長從900至1,700奈米。 • 兩個通道都有不同波長的寬頻和窄頻濾鏡，並且可以配合稜鏡和grisms使用 • 可見光譜（380至780奈米）至近紫外區（下降至200奈米）

廣域和行星照相機-WFC3 • 兩個檢測器的焦平面都依據這台照相機具體的設計 • 光學通道的視野是164 X 164（2.7 X 2.7弧分），每個像素為0.04弧秒 • 近紅外線通道的視野是 135 X 126弧秒（2.3 X 2.1弧分），每個像素為0.13弧秒 • 近紅外通道是為後繼的詹姆斯韋伯太空望遠鏡開創的新設計

廣域和行星照相機-WFC3 • 由哥達德太空飛行中心一組經驗老到的工程師和科學家領導設計和製造 • 由太空中拆回來的廣域和行星照相機的硬體架構和濾鏡組修建 • 原本的設計只有光學的通道，近紅外線通道是新增加的 • 讓哈伯太空望遠鏡即使到了終結的時刻依然是強而有效率的天文觀測工具

廣域和行星照相機- WFPC2 • 第二代廣域和行星照相機，安裝在哈伯太空望遠鏡上的儀器之一 • 拍攝了哈伯深空景象，並在1996年拍攝了沙漏星雲和蛋星雲 • 電子耦合放大器（CCD）在電磁頻譜上的工作範圍是120奈米至1,100奈米，涵蓋了可見光領域的380奈米至780奈米，所有近紫外線和小部分的極遠紫外線，還有大多數的近紅外線

廣域和行星照相機 - WFPC2 • 由相同的4片CCD組成四個探測器，每個都有800 X 800個畫素。其中的三個安排成L形，組成廣域照相機（WFC）。相鄰的是由第4片CCD構成的行星照相機（PC），視野較狹窄，可以將小區域看得更為仔細。 • WFC和PC的影像組合在一起，就會形成典型樓梯狀的階梯影像 • WFPC2有一整套的濾鏡，可以讓科學家在電磁頻譜中挑選特殊的波段進行觀測

廣域和行星照相機- WFPC2 • CCD老化的問題，畫素會產生瑕疵點（熱點） • 成為“熱點”的畫素會被記錄下來，並且提供給要分析未經過處理的WFPC2圖像的科學家。通常，科學家們只要調整它們使用的影像處理軟體，就可以忽略（消除）這些壞的畫素所造成的影響。 • 由NASA的噴射推進實驗室製造 • 有校正主鏡光學上球面像差的修正鏡片

廣域和行星照相機 - WFPC • 安置在哈柏太空望遠鏡上的一架照相機 • 因為主鏡的光學瑕疵而被嚴重的些削弱 • 包含了兩架獨立的相機，每架都有四片德州儀器的800X800畫素CCD，構成了相鄰接的視野 • 行星照相機每個畫素的解析力為0.043弧秒，用於高解析度的觀測 • 利用一個可以轉動45度的四面體的金字塔來選擇使用的相機

各種光線介紹- X射線 • 遇到玻璃管壁會產生熒光 • 1876年Eugene Goldstein命名為"陰極射線“ • 1892年特斯拉發現陰極射線對生物體具有危害性 • 1895年德國科學家倫琴採用表示未知數的X命名 • 1895年愛迪生發現鎢酸鈣在X光照射下發出熒光最為明顯，後來被用於醫用X光的檢驗 • 20世紀90年代，哈佛大學建立Chandra X射線天文台，觀測宇宙中強烈的天文現象中產生的X射線 • 和可見光不同， X射線觀測到的宇宙是不穩定的。它向人們展示了恆星如何被黑洞絞碎、星系間的碰撞等

各種光線介紹- 紫外線 • 紫外線是一種電磁波，波長小於可見光，大部分地球表面的紫外線來自太陽，雖然大氣層會保護我們免於許多輻射線的傷害，但仍有些輻射線會穿越大氣層造成某種程度的傷害。 • 紫外線是傷害性光線的一種，經由皮膚的吸收，會傷害DNA。紫外線已被確定與許多疾病的產生有關；例如：皺紋、曬傷、白內障、皮膚癌、視覺損害與免疫系統的傷害。

各種光線介紹- 可見光 • 可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，在可見光譜則沒有精確的範圍。一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400到700奈米之間 • 牛頓透過三菱鏡觀察到陽光是由不同顏色的小粒子組成。於是把光譜分成7種顏色：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，自然界的彩虹就是個藉由折射看到光譜的理想例子 • 可見光的主要天然光源是太陽，主要人工光源是白熾物體(特別是白熾燈)。

各種光線介紹- 可見光 • 研究物體放射的光譜的科學叫光譜學。 • 在天文學應用上，以分析遠距離物體性質的基礎為主。常見的天文光譜學應用到高折射率、極高解析度的光譜分析。 • 電腦光譜：由三個紅、綠和藍條來顯示三原色在不同混合比率時呈現出的光譜。

各種光線介紹- 紅外線 • 一隻狗的紅外線照片 • 紅外線是波長比可見光長的電磁波；在光譜上位於紅色光外側。 • 具有強烈的熱效應，並易於被物體吸收，通常被作為熱源。 • 在通訊、探測、醫療、軍事等方面有廣泛的用途。俗稱紅外光。

各種光線介紹- 無線電波 • 無線電波是頻率介於75千赫和約10兆赫之間的電磁波，也作射頻電波，或簡稱射頻、射電。 • 無線電技術將聲音訊號或其他信號經過轉換，利用無線電波傳播。 • 射頻技術也用在核磁共振及磁振造影上；射頻線圈是其研究課題之一。 • 無線電波的來源也可能是自然的，比如無線電天文學就是研究來自太空的無線電波的一門科學。

天文與物理 • 從古時候起，人們就嘗試著理解這個世界，但提出的理論往往未經過證實，而與真正的事實相悖，當然也有正確的，例如：印度的哲學家和天文學家對原子論和天文學方面所做的描述。 • 17世紀科學革命時期，人們樂於對原先持有的真理提出疑問並尋求新的答案，使許多理論不在只是空說，而有了正確的科學實驗做後盾。 • 至今，天文學常與物理學做交叉研究。例如：天體物理學即是是天文學和物理學的交叉學科，用物理學的知識和手段來理解我們利用天文觀測設備以及探測器所獲得的天體的各種信息，

結論 • 當天文和物理的結合，造成天文的重大改變，使天文觀測可以以不同的面貌去觀測，像我們能從同一行星上看到在不同波段下的面貌，進而更了解這顆行星，還有黑洞也是一個被受高度討論的天文現象，也由於天文的發展能使天文學家更了解黑洞而解答一些疑惑，物理的理論能讓我們解釋許多天文上的奧妙和運用理論去製造天文望遠鏡方便我們去觀測星體，讓我們能看更了解這浩瀚的宇宙。

多 波 段 觀 測 下 的 宇 宙 面 貌