Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Поляриметрическое исследование звездного объекта MWC 863

Содержание:

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Теоретические основы поляриметрических исследований звездных объектов 8

1.1. Теоретические положения поляриметрических исследований звездных объектов 8

1.2. Сбор и подготовка исходных поляриметрических исследований звездных объектов 12

Выводы по 1-й главе 18

Глава 2. Описание звездного объекта MWC863 19

2.1. Состав и свойства звездного объекта MWC863 19

2.2. Обзор исследований звездного объекта MWC863 23

Выводы по 2-й главе 25

Глава 3. Результаты исследований звездного объекта MWC863 26

3.1. Рекомендации по использованию научных методов исследования звездного объекта MWC863 26

3.2. Рекомендации по выбору оборудования для изучения звездного объекта MWC863 30

.Выводы по 3-й главе 37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37

Введение:

Поляриметрия, измерение поляризации света — это мощное сред-ство, позволяющее астрономам получать информацию о небесных те-лах, от пролетающих через Солнечную систему комет до далёких галак-тик, которая не может быть получена другими методами.

Поляризация — это свойство света, которое проявляется на всех длинах волн электромагнитного спектра. Свет, который приходит к нам от Солнца и от других звёзд, называют неполяризованным, поскольку со-ставляющие его волны колеблются во всех возможных плоскостях. Неко-торые источники света (экраны мобильных телефонов и телевизоров) из-лучают поляризованный свет, у волн этого света есть преимущественное направление колебаний. Если посмотреть на экраны через определённым образом повёрнутые стёкла поляризационных солнечных очков, можно увидеть, что экран погас — световые волны колеблются не в той плоско-сти, на пропускание которой рассчитаны очки. Свойство поляризации присуще видимому свету, другим электромагнитным волнам, например, инфракрасным или относящимся к радиодиапазону.

Поляриметрические измерения позволяют астрономам узнать об из-лучающем объекте гораздо больше, чем измерения одной только его ярко-сти.

Поляриметрия имеет широкий спектр астрономических применений, от изучения далёких экзопланет до получения изображений сверхновых. Поляриметрия позволяет астрономам наблюдать и измерять характери-стики объектов, которые не всегда можно выявить другими методами.

Примеры использования поляриметрии:

• Размеры, форма и ориентация пылевых частиц в окрест-ностях комет или в планетообразующих дисках вокруг звёзд

• Свет от слабых источников, таких, как экзопланеты или скрытые ядра галактик

• Рассеивающие свойства светоотражающих тел (например, планетных атмосфер или поверхностей каменистых тел)

• Трёхмерная форма объектов — например, сверхновых

• Магнитные поля вокруг звёзд и других объектов, таких, например, как чёрные дыры

Когда свет сталкивается в пространстве с электронами или пылевыми частицами, он переизлучается. В ходе этого процесса, называемого рассе-янием, свет может поляризоваться. Анализ поляризованного света, рассе-янного на окружающих комету пылевых зёрнах, позволяет астрономам определить свойства этой пыли, что помогает восстановить историю жизни кометы. Из этих данных можно вывести диаметры пылевых частиц, их хи-мический состав, компактность, и многие другие параметры.

Астрономы могут воспользоваться поляриметрией для того, чтобы определить, насколько часто комета проходит мимо звезды. “Свежие” или “первичные” кометы излучают свет, поляризованный сильнее, чем у ко-мет, которые уже успели несколько раз пройти мимо Солнца или другой звезды. Когда со спектрографом FORS2 на Очень Большом телескопе ESO (VLT) поляриметрическими методами исследовалась пыль вокруг меж-звёздной кометы 2I/Borisov, то оказалось, что из всех когда-либо обнару-женных комет это одна из самых первозданных

При работе с приёмником SPHERE на телескопе ESO VLT поляри-метрия используется для поисков протопланетных дисков — плотных га-зо-пылевых дисков вокруг новообразованных звёзд. В дисках рождаются экзопланеты. Звёздный свет обычно не поляризован, но когда он проходит сквозь пыль в протопланетных дисках и сквозь атмосферы планет, он рас-сеивается и становится поляризованным. Поляриметрия устраняет из изображений неполяризованный звёздный свет, что позволяет приёмнику SPHERE получать более чёткие изображения протопланетных дисков. Астрономы предполагали, что эти диски очень тонкие и однородные, по-чти как блины, но поляриметрические наблюдения дали совершенно дру-гую картину. Опубликованное в 2016 году исследование, выполненное с приёмником SPHERE, показало, что протопланетные диски обладают сложной морфологией — содержат спиральные рукава, кольца, проме-жутки и теневые области. Другая статья, опубликованная на основе полу-ченных на SPHERE данных в 2020 году, сообщает о волнах и скручивани-ях в структуре протопланетного диска, которые могут быть связаны с рождающейся в нём планетой.

Поляриметрия широко используется и в исследованиях колоссаль-ных звёздных взрывов, называемых сверхновыми. Поляриметрические наблюдения помогают астрономам определять форму облака, расширяю-щегося после взрыва сверхновой — даже в тех случаях, когда расстояние до сверхновой очень велико и сами сброшенные оболочки увидеть невоз-можно. Если разлетающиеся оболочки идеально сферические, поляриза-ция по всему облаку взаимно компенсируется, но если облако асиммет-рично, свет будет частично поляризован. Например, наблюдения со спек-трографом FORS1 на телескопе ESO VLT сверхновой специального вида, называемого сверхновой типа Ia и обычно используемого для определения расстояний до далёких галактик, было впервые показано, что сверхновые типа Ia могут быть асимметричны.

Поляриметрия также позволяет нам “увидеть” магнитное поле объек-та. Электроны, летящие с большой скоростью в магнитном поле, движутся по спиральной траектории и излучают так называемое “синхротронное из-лучение”, которое поляризовано. Атакамская Большая миллиметровая /субмиллиметровая антенная решётка ALMA, которую ESO эксплуатирует на партнёрских началах, была использована в составе Телескопа Горизон-та Событий для получения изображения сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики M87 в поляризованном свете. Это исследование позво-лило астрономам получить карту магнитных полей вокруг чёрной дыры и больше узнать о её физике и морфологии.

Измерения магнитных полей можно также проводить, комбинируя поляриметрию с оптической спектроскопией. Этот метод называется спек-трополяриметрией. Он используется в спектрографе HARPS на 3.6-м теле-скопе ESO на Ла Силья.

Чтобы измерить поляризацию света, телескоп должен быть оснащён “поляризатором” — фильтром, который пропускает только свет с опреде-лённым направлением поляризации. Такие инструменты, как SPHERE, обычно измеряют поляризацию при помощи одного вертикального и од-ного горизонтального поляризатора. Световой пучок расщепляется на два канала — один поступает на вертикальный поляризатор, а другой — на горизонтальный. Изображения в обоих каналах регистрируются. Когда одно изображение вычитается из другого, весь неполяризованный свет взаимно погашается, и остаётся только изображение в поляризованном свете. Это очень важно для поиска экзопланет и дисков, потому что из ре-зультирующего изображения удаляется весь яркий звёздный свет и остаёт-ся лишь слабый рассеянный свет диска.

Создание приёмников с поляриметрическими функциями представ-ляет большие технические трудности. Прежде всего, так как поляриметры блокируют часть света, доходящего до Земли, их можно эффективно ис-пользовать только для изучения очень ярких объектов — либо устанавли-вать их на очень большом телескопе, таком, как VLT ESO.

Телескопы, их приёмники вносят некоторую инструментальную по-ляризацию при отражении света от зеркал или прохождении его через различные оптические элементы. Инженерам приходится прибегать к раз-нообразным ухищрениям, чтобы минимизировать эти эффекты, использо-вать сложные процедуры калибровки для оценки поляризации, вносимой телескопом и приёмником, и отделения её от поляризации астрономиче-ского объекта.

Объект исследования представляют процессы, происходящие при ис-следовании звездных объектов, закономерности между исследованиями.

Предмет исследования состоит в изучении звездного объекта MWC 863 , поиск перспективных методов исследования сигнала.

Цель работы состоит в изучении характеристик звездного объекта MWC 863

Задачи работы:

1. Изучить описания звёздного объекта

2. Выделить более перспективные методы изучения характеристик звёздного объекта

3. Рассчитать эффективность применяемы методов исследования.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений..

Заключение:

Атмосфера Земли мешает ученым получить исчерпывающую информацию о звёздах, поэтому, в космос периодически отправляются солнечные ис-следовательские станции.

Природа небесных тел вселенной такова, что множество процессов проте-кают скрыты ми от нас в буквальном смысле этого слова, т.е. в других спектрах, за пределами видимого человеческим глазом. Поэтому наряду с аппаратами, наблюдающими небо в видимом и близком к нему спектрах, оптическими телескопами, каким и является «Хаббл» (также он ведет наблюдения в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах), ученые со-здали телескопы, работающие в других диапазонах частот: гамма, рентге-новское, микроволновое и радиоизлучение.

Выведя подобные аппараты в космос, ученые смогли совершить настоя-щий переворот в науке. Так, микроволновой телескоп «WMAP» позволил построить карту реликтового, т.е. микроволнового фонового излучения вселенной, показывающую, как она выглядела спустя несколько сотен ты-сяч лет после Большого взрыва. Рентгеновский телескоп «Чандра» смог зафиксировать излучение, идущее от черных дыр.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗВЕЗДНЫХ ОБЪЕКТОВ

1.1. Теоретические положения поляриметрических исследований

звездных объектов

Поляриметрия — методы физических исследований, основанные на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляри-зации света при прохождении его через оптически активные вещества.

Классическая физика учит, что свет состоит из электромагнитных волн. Поляризованный свет — это свет, который имеет характер вибрации. Если естественный свет проходит через так называемый поляризационный фильтр, большинство его других вибрирующих направлений будут от-фильтрованы, оставив только одно конкретное направление. Если этот свет осциллирует только в одном направлении, он называется «линейно поля-ризованным».

Существует большое количество органических и неорганических ве-ществ, оптически активных в их кристаллическом, жидком или растворен-ном состоянии. Это означает, что эти вещества способны вращать направ-ление колебаний поляризованного света вокруг определенного угла. Принцип поляриметра выполняется, если растворенное оптически актив-ное вещество вводится между двумя поляризационными фильтрами, пере-секающимися под углом 90. Интенсивность света на детекторе за вторым поляризационным фильтром изменяется в зависимости от углового поло-жения этих двух фильтров.

Оптическое вращение означает, что поляризация направления света будет вращаться под определенным углом при проникновении в оптически ак-тивное вещество.

Простой поляриметр содержит по крайней мере следующие