Astronomia obserwacyjna II

przedmiot obligatoryjny

94h pracy z udziałem nauczyciela:

- 45h wykład + 2h konsultacji,

- 45h laboratorium + 2h konsultacji

86h praca indywidualna - przygotowanie się do bieżących zajęć, referatu oraz egzaminu

Łącznie: 180 godz. (7 ECTS)

W1: rozumie podstawowe zjawiska fizyczne występujące w obwodach, elementach i urządzeniach elektronicznych wchodzących w skład radioteleskopu - K_W05, K_W08, K_W09

W2: zna i rozumie działanie obwodów analogowych systemów odbiorczych i urządzeń cyfrowych do analizy i przetwarzania sygnałów radiowych - K_W05, K_W08, K_W09

W3: zna metody obserwacyjne i metody analizy i przetwarzania danych - K_W04, K_W09

W4: zna i rozumie mechanizmy emisji radiowej obiektów astrofizycznych - K_W06

W5: posiada wiedzę o składnikach wszechświata badanych w zakresie radiowym i zna najważniejsze kierunki rozwoju technik

instrumentalnych - K_W01, K_W06

U1: posiada umiejętność podstawowej analizy i przystępnego przedstawiania zjawisk zachodzących w obwodach antenowych oraz urządzeniach odbiorczych radioteleskopu - K_U01, K_U03, K_U07

U2: umie poprawnie posługiwać się terminologią radioastronomiczną - K_U08

U3: potrafi pozyskiwać dodatkowe informacje z literatury anglojęzycznej w zakresie metod i technik radioastronomicznych - K_U08, K_U10

U4: potrafi formułować opinie na temat aktualnych badań radioastronomicznych - K_U09

K1: zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia - K_K01

K2: rozumie potrzebę popularnego przedstawiania laikom wybranych osiągnięć radioastronomii - K_K04

wykład konwencjonalny oraz pracownia obserwacyjna (laboratorium)

- pokaz

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- klasyczna metoda problemowa
- laboratoryjna
- obserwacji
- referatu

Drugi wykład z cyklu astronomii obserwacyjnej. Obejmuje zagadnienia zawiązane ze specyfiką badawczą radioastronomii. Omawiane są zasady działania instrumentów radiowych, techniki odbioru emisji radiowej, metody przetwarzania i prezentacji wyników obserwacji oraz fizyczne podstawy mechanizmów promieniowania w zakresie fal radiowych. Dokonany jest przegląd najważniejszych faktów obserwacyjnych i ich znaczenia dla współczesnej astrofizyki i kosmologii.

Laboratorium: poznanie budowy i działania radioteleskopu oraz podstawowych metod obserwacji astronomicznych, jak i tematyki badań radioastronomicznych prowadzonych w Instytucie Astronomii UMK. Student nabywa umiejętności obsługi radioteleskopu 32m oraz wykonuje określoną liczbę ćwiczeń obejmujących elementarne pomiary kalibracyjne i obserwacje niektórych obiektów astronomicznych, zależnie od możliwości prowadzenia obserwacji. Wyniki testów i obserwacji student podsumowuje w raporcie opisującym przebieg obserwacji, wyniki oraz ich dyskusję.

Wykład:

1. Wstęp do badań radioastronomicznych (w tym prowadzonych w ośrodku toruńskim).

2. Instrumentarium radioastronomii.

2.1. Anteny - własności, opis, układy anten, interferometry, synteza apretury, VLBI.

2.2. Linie przesyłowe, opis, własności, specyfika radioastronomiczna.

2.3. Odbiorniki radiowe, czułość i stabilność, szumy własne, pasmo, przemiana częstotliwości, synchronizacja częstości i fazy lokalnych oscylatorów, filtracja częstotliwości niepożądanych.

2.4. Wyspecjalizowane urządzenia analizujące i przetwarzające dane z radioteleskopu (back-ends). Radiometry, spektrografy, korelatory i autokorelatory, polarymetr, terminal VLBI, maszyna pulsarowa.

2.5. Metody obserwacyjne i metody analizy danych, odtwarzanie obrazów z interferometrii

3. Mechanizmy radiowej emisji plazmy. Procesy termiczne i nietermiczne.

Mechanizmy emisji synchrotronowej, przejścia hiperboliczne f-f, odwrotny efekt Comptona. Modele emisji radioźródeł, ekwipartycja energii w plazmonach, zasada minimum energii. Widma energii obiektów radiowych.

4. Przegląd najważniejszych wyników badań radioastronomicznych.

Słońce, układ planetarny, materia międzygwiazdowa, Galaktyka, galaktyki, AGNy i kwazary, testy kosmologiczne.

Laboratorium:

1. Podstawowe definicje, pojęcia oraz jednostki używane w radioastronomii

2. Obserwatoria radioastronomiczne na świecie

3. Ogólne schematy budowy i działania radioteleskopu

4. Parametry geometryczne i elektryczne anteny

5. Tematyka badań radioastronomicznych w IA UMK

6. Sterowanie radioteleskopem

7. Niskoszumowe systemy odbiorcze

8. Służba czasu i dystrybucji sygnałów wzorcowych

9. Urządzenia do przetwarzania i rejestracji danych

10. Podstawy kalibracji systemów odbiorczych

11. Obserwacje wybranych źródeł kontinuum

12. Obserwacje spektroskopowe.

13. Zadania rachunkowe i opracowanie danych

Podręczniki:

1. T. L. Wilson, K. Rohlfs, S. Hüttemeister, "Tools of Radio Astronomy" wyd. V edycja dostępna na stronie: http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-540-85122-6

2. J. J. Condon and S. M. Ransom, "Essential Radio Astronomy", Princton U.P., 2016, dostępny na stronie: https://science.nrao.edu/opportunities/courses/era/

3. J.M. Marr, R.L. Snell, S.E. Kurtz, "Fundamentals of Radio Astronomy. Observational methods", CRC Press

4. R.L. Snell, S.E. Kurtz, J.M. Marr, "Fundamentals of Radio Astronomy. Astrophysics", CRC Press

uzupełniające:

J. D. Kraus, "Radio Astronomy", McGraw-Hill, New York 1966, dostępny on-line BG UMK

A. G. Pacholczyk, "Radioastrophysics:Nonthermal Processes in Galactic and Extragalactic Sources", Freeman 1970

Zaliczenie laboratorium: zaliczenie testu sprawdzającego (ok. 20-25 pytań, krótkich zadań), wygłoszenie krótkiego referatu podczas zajęć na zadany temat oraz oddanie 3-4 raportów z przeprowadzonych obserwacji.

Każde zadanie testowe jest oceniane w skali 0-1 pkt., obliczeniowe w skali 0-2 pkt.:

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5

Zaliczenie wykładu: egzamin pisemny

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5

Weryfikacja efektów kształcenia:

Referat sprawdza osiągnięcie efektów: W4, U2 – U3, K2

Test sprawdza osiągniecie efektów: W1 – W5, U1 – U4, K1-K2

Egzamin sprawdza osiągnięcie efektów: W1 – W5, U1 – U4, K1-K2