7.3 Электромагнитное излучение и его измерение.

Вся основная информация об астрономических объектах, оптических системах, источников и приемников излучений получена путем регистрации и анализа электромагнитного излучения. Одна из важнейших характеристик излучения – длина волны λ. Имеются следующие спектральные диапазоны излучения:

• γ-излучение λ≤0,01нм;

• рентгеновское излучение 0,01-10 нм;

• далекий ультрафиолет 10-310 нм;

• близкий ультрафиолет 310-390 нм;

• видимое излучение 390-760 нм;

• инфракрасное излучение 0,76-15 мкм;

• радиоволны λ≥1 мм.

Энергия кванта или фотона излучения измеряется в электрон-вольтах – эВ. Это энергия получаемая 1 электроном с зарядом е=1,602*10^-9 Кулон, ускоренным разностью потенциала электрического поля 1 Вольт, 1 эВ=1,602*10^-12 Эрг=1,602*10^-19 Дж .

Скорость света – с, длина волны – λ и частота колебаний – ν электромагнитной волны связаны простой формулой: с = λ* ν или λ = с/ ν

Энергия кванта – ε определяется формулой Планка: ε = h* ν = hc/ λ

Квант с ε=1 эВ имеет λ=1,24 мкм, ν=2,18*10¹⁴ Гц, h=6,626*10^-27 Эрг=6,626*10^-34 Дж.

Важнейший диапазон для человека – видимое излучение, где 0,39 мкм – фиолетовая граница, 0,76 мкм – красная граница (фиолетовый 0,39-0,45, синий 0,45-0,48, голубой 0,48-0,51, зеленый 0,51-0,57, желтый 0,57-0,585, оранжевый 0,585-0,62, красный 0,62-0,76).

Мощность светового излучения характеризуется потоком лучистой энергии – Ф, проходящим через данную поверхность за единицу времени. Измеряется световой поток в Люменах. Освещенность – Е – это световой поток на единицу площади – S:

Е=Ф/S*cosα, где α – угол падения световых лучей на поверхность

Измеряется освещенность в Люкс: 1 Люкс=1 Люмен/м². Интегральная освещенность измеряется в Вт/м², а монохроматическая освещенность - Вт/м²*Гц. В радиоастрономии распространена единица – Янский: 1 Ян=10^-26 Вт/м²*Гц

Спектральные свойства излучения.

Всякое нагретое тело излучает. При температуре ниже 1000˚К это радиоизлучение и инфракрасное излучение. Чем выше температура, тем короче длина волны излучения. Наиболее простой вид имеет излучение так называемого черного тела. Оно должно быть предельно изолировано от окружающей среды и после достижения им теплового равновесия, оно начинает излучать строго в соответствии с его температурой по формуле Планка.

Где h=6,63*10^-27 Эрг*с; 6,63*10^-27 дж*с; -Постоянная Планка; к=1,38*10^-16 эрг/град =1,38*10^-23 Дж./K – постоянная Больцмана; с=3,00*10¹⁰ См/сек =3,00*10⁸ M/c –Скорость света в вакууме. Это значения мировых констант в системах СГС и СИ.

Максимум излучения планковских кривых имеет место λ_max=0,0029/T – это закон смещения Вина. Мощность излучения черного тела сильно зависит от температуры по закону Стефана-Больцмана. где σ=5.67*10^-8 Вт/(м²К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана

Рис. 27 Кривые излучения Планка. По оси Х дл.волны от1000 до 11000А (0,1 до 1,0 мкм) по оси У энергия излучения в относительных единицах. Над графиками температура.