天体的光谱测量.PDFVIP

第四章 天体的光谱测量 §4.1 概述 1．什么是天体的光谱测量？ 应用光谱分析和分光光度测量的方法来研究天 体的特性。光谱测量从本质上讲也属光度测量的 范畴，只是把测量的波段范围放到无限窄。也称 天体分光光度测量。 所以对仪器的要求，测量和分析的方法等与上一 章的一般光度测量有所不同。 利用天体光谱仪可得到天体的光谱。 2．天体光谱测量的意义 • 不仅能定性和定量地确定天体的化学组成、温 度，还能确定天体的距离(视向速度) 、大小、 质量、密度和运动温度，研究它们不同层次和 位置的物理过程和结构模型等。 • 获得天体光谱是天体物理学的基础。 • 获得与分析天体光谱的方法是建立在光谱学基 础上的。 太阳光谱 3．光谱仪的结构与分类 典型的光谱仪由三部分组成： 准直系统: 狭缝和准直镜，使进入光谱仪的光成平行光束； 色散(分光)系统: 分光元件，将天体辐射分解为光谱； 接收系统: 照相镜(成像物镜)和探测器，将光谱记录下来。 棱镜光谱仪 光谱仪的种类很多，分类方法也很多，如： 按使用波段：紫外、光学、红外…光谱仪。 一般按分光元件来分：棱镜、光栅、干涉光谱仪等。 4．光谱仪特性的主要表征量 （1）工作光谱区 指光谱仪可获得天体光谱的波长范围, 取决于光谱仪 光学元件的透射率或反射率 普通玻璃：400nm 以上可透过； 石英：200nm～2.5 μm 可透过 还取决于探测器的分光响应范围 如天文照相底片(柯达103-F), 长波只到700nm 。 （2）色散 经光谱仪分解后，光谱在空间按波长分布的情况，可 用角色散和线色散来描述。 角色散：单位波长间隔的光在空间分开的角度 dθ 用 表示，单位为弧度/nm dλ 线色散：单位波长间隔的光在成像平面上被分开的线距离 dl dθ f 单位为 mm/nm ⋅ dλλ dϕ sin f : 照相镜的焦距； φ:焦平面与照相镜光轴的夹角 倒线色散： dλ dl 单位为 nm/mm 经常用，较为直观 （3）分辨本领 R λ Δλ Δλ是光谱仪恰好能被分辨的两条 谱线的波长差。 能否被分辨，现一般用瑞利准则进 行判断： 两单色像叠加后，只有当其中间强 度最多为单色像中心强度的0.815倍 时，两个单色像才能算分开。 还要考虑3个因素： ①谱线轮廓 ②两条谱线的位置(与λ有关) ③探测器象元的大小 通过计算得到的是分光仪器的理论分辨本 领，它假设光谱仪具有理想的光学系统， 且入射狭缝宽度无限小。 实际分辨本领要通过实际测量两条无限窄 的谱线的Δλ，来求出R 。 （4）光谱辐照度 照度与人眼有关，辐照度不限于人眼,还包括其他探测器。 设E’λ为照射在光谱仪焦面上狭缝像的辐照度。则有： ′ f 1 2 E E ( τ ) λ λ λ f 2 式中E 为均匀照射在光谱仪狭缝上辐照度， τ 为光谱仪 λ λ 的透射(反射)系数，f 1, f 2分别为准直镜和照像镜的焦距。 这里忽略了狭缝宽度对辐照度的影响。 因天文观测的对象都比较暗弱，若照射到探测 器上的信号低于信噪比(S/N= σ 3)，则不能