\documentclass[10pt,pdf,hyperref={unicode}]{beamer}
\hypersetup{pdfpagemode=FullScreen}
\usepackage{astrocrafts}

\title[Оборудование]{Астрофизическое оборудование}
\subtitle[]{От древности и до наших дней}
\date{22 июня 2016 года}

\begin{document}
% Титул
\begin{frame}
\maketitle
\end{frame}
% Содержание
\begin{frame}
\tableofcontents
\end{frame}

\section{Археоастрономия}
\begin{frame}{Археоастрономия}
\begin{defin}
\textbf{Археоастрономия} "--- наука, сформировавшаяся во второй половине XX века, предметом 
изучения которой служат астрономические представления людей древности.
\end{defin}
\begin{block}{}
	\begin{itemize}
	\item Норман Локьер <<Заря астрономии>> (1894)
	\item Термин "--- 1973, Элизабет Бэйти
	\item Шанталь Жегес-Волькевич и многие другие
	\end{itemize}
\end{block}
\img[0.4]{Lascaux}
\end{frame}

\begin{frame}{Пещера Ласк\'о (15-19 тыс. лет назад)}
\vspace*{-1em}\img[0.95]{lascaux_cave}
\end{frame}

\begin{frame}{Стоунхендж}
\vspace*{-1em}\img[0.87]{Stonehenge_render}
\end{frame}

\begin{frame}{Храмы Луксора и Карнака}
\vspace*{-1em}\img[0.55]{luxortemple}
\end{frame}

\begin{frame}{Пирамиды Гизы и Орион в 105\,в. до н.э.}
\vspace*{-1em}\img[0.8]{giza_orion}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\vspace*{-1em}\img[0.55]{pyramids_milky_way}
\end{frame}

\begin{frame}{Прецессия ($T=25800\,$лет)}
\vspace*{-0.8em}\img[0.6]{Precession_N}
\small (2000) 365.2422 дня "--- тропический год, % 365.2424 "--- повтор равноденствий,
365.2564 "--- сидерический год. Сотический цикл "--- 1460 лет. 
\end{frame}

\section{Историческое время}
\begin{frame}{Эратосфен}
\img[0.45]{eratosp}
\end{frame}

\begin{frame}{Гн\'омон (Анаксимандр Милетский, 6в до н.э.)}
\img{sp_sq}
\small Обелиск площади св.~Петра в Ватикане как гномон.
\end{frame}

\begin{frame}{Армиллярная сфера (Эратосфен?)}
\img[0.5]{Armillary_sphere}
\end{frame}

\begin{frame}{Антикитерский механизм}
\vspace*{-0.5em}\img[0.75]{Anticythere_1}
\end{frame}

\begin{frame}
\img[0.5]{Antikythera_2007}
\end{frame}

\begin{frame}{Экваториальное кольцо (Гиппарх)}
Открытие предварений равноденствий (Аристарх Самосский?). $1^\circ$ в столетие (реально~-- за 72 
года). Звездный каталог. Звездные величины.
\img[0.5]{Equatorial_ring}
\end{frame}

\begin{frame}{Астролябия}
\img[0.7]{Astrolabe-Persian-18C}
\end{frame}

\begin{frame}{Трикв\'етрум}
\vspace*{-0.5em}\img[0.85]{triquetrum}
\end{frame}

\begin{frame}{Квадрант, секстант}
\vspace*{-0.7em}\img[0.6]{Sextant_Ulug}
\end{frame}

\begin{frame}
\vspace*{-0.7em}\img[0.95]{Stark-quadrant}
\end{frame}

\begin{frame}{Торкв\'етум}
\vspace*{-0.8em}\img[0.5]{Torquetum}
\end{frame}

\begin{frame}{<<Послы>> Ганса Гольбейна Младшего (1533)}
\vspace*{-2em}
\begin{columns}\column{0.6\textwidth}
\img{Ambassadors}
\column{0.4\textwidth}\small
\begin{block}{Предметы}
\begin{itemize}
\item звездный глобус
\item местные солнечные часы
\item универсальные морские часы
\item квадрант
\item многогранные часы
\item торкветум
\item глобус
\item арифметика Петера Апиана
\item лютня
\item псалмы (ноты)
\item анаморфный череп
\end{itemize}
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}


\section{Появление телескопов}
\subsection{Рефракторы}
\begin{frame}{Рефракторы}
\begin{defin}
\textbf{Рефрактор} "--- оптический телескоп, в котором в качестве объектива выступает линза или 
система линз. Галилео Галилей, 1609~г.
\end{defin}
\img[0.7]{galileo_telescope}
\end{frame}

\begin{frame}{Христиан Гюйгенс}
\begin{columns}\column{0.6\textwidth}
\img[0.8]{Huygens_broths_scope}
\column{0.4\textwidth}\begin{block}{}
1655 "--- кольца Сатурна, Титан;\\
1657 "--- маятниковые часы;\\
1659 "--- туманность Ориона;\\
1675 "--- часовая спираль.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\subsection{Рефлекторы}
\begin{frame}{Рефлекторы}\begin{columns}
\column{0.6\textwidth}\img{NewtonsTelescopeReplica}
\column{0.4\textwidth}\begin{defin}
\textbf{Рефлектор} "--- оптический телескоп, в котором в качестве объектива выступает зеркало. 
Исаак Ньютон, 1668.
\end{defin}
\begin{block}{}
1663 "--- система Грегори.\\
1672 "--- система Кассегрена.\\
1721 "--- рефлектор Хэдли на альт-азимутальной монтировке.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{Уильям Гершель, 1785}
\img[0.66]{early-herschel-40ft}
\end{frame}

\section{Монтировки телескопов}
\subsection{Экваториальная монтировка}
\begin{frame}{Экваториальная монтировка}
\begin{columns}
\column{0.6\textwidth}\vspace*{-1.4em}\img[0.9]{fraunh_tel}
\column{0.4\textwidth}\begin{block}{1824, Йозеф фон Фраунгофер}
Телескоп обсерватории Тарту. Германская монтировка.

В 1853 г. Юстус фон Либих предложил метод выделения металлического серебра из раствора 
нитрата серебра для алюминирования стекла. В 1856-57~гг. Карл Август фон Штайнхейль и Леон Фуко 
(независимо) впервые использовали этот метод.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}\vspace*{-1.4em}
\img{100_inch_Hooker_Telescope}
\column{0.4\textwidth}
\begin{block}{Телескоп Хукера}
100 дюймов, 1917~г. Английская монтировка <<с ярмом>>.
Обсерватория Маунт Вилсон.
Крупнейший до 1949~г.

В 1935~г. серебряное покрытие сменено алюминиевым (Джон Донаван 
Стронг, калтех, 1932~г.).\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}\vspace*{-1.4em}
\img{zeiss}
\column{0.4\textwidth}
\begin{block}{Zeiss-1000, Италия}Немецкая монтировка с фокусом Куде.\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Телескоп Хейла}
200 дюймов, 1949~г. Прямой фокус, Куде и Несмит.

Первый гидравлический подшипник. Пирексовое зеркало (14.5~тонн).
Первая в мире труба Серрюрьера. 

Полярная монтировка <<седло>>.
\end{block}
\img[0.7]{hale-telescope}
\end{frame}

{\setbeamercolor{normal text}{bg=blue,fg=cyan!70!white}
\begin{frame}{Труба Серрюрьера}
\img{Serrurier_truss}
\end{frame}
}

\subsection{Альт-азимутальная монтировка}
\begin{frame}{Альт-азимутальная монтировка}
\img[0.9]{bta_telescope}
\end{frame}

\section{Астрофизика}
\begin{frame}{Астрофизика}
\begin{defin}\textbf{Астрофизика} "--- раздел астрономии, тесно переплетенный с химией и физикой. 
<<It seeks to ascertain the nature of the heavenly bodies, rather than their positions or motions 
in space~--- what they are, rather than where they are>> (1897, Джеймс Килер).
\vspace{1em}

Основоположники "--- Вильям Хайд Волластон и Йозеф фон Фраунгофер. 

Сам термин <<астрофизика>> предложен Иоганном Карлом Фридрихом Ц\"eлльнером (известен по точной 
фотометрии) в 1865~г. 

Астрофизика делится на наблюдательную и теоретическую, находящиеся в тесной взаимосвязи.
\end{defin}
\end{frame}

\subsection{Фотометрия}
\begin{frame}{Фотометрия}\vspace*{-1em}
\begin{block}{Фотометр Ц\"елльнера}
1861~г. "--- первый фотометр с эталонным источником. Газовая горелка, призмы Волластона, 
плоскопараллельная пластинка.
\end{block}
\img{zollner_photometer}
\end{frame}

\begin{frame}
	\frametitle{Область применения фотометрии}
	\begin{columns}
		\column{0.5\textwidth}
		\begin{block}{}
			\begin{itemize}
				\item Астрометрические задачи.
				\item Определение светимости объекта.
				\item Классификация объекта (и предположение о его свойствах).
				\item<2-> Космология: отождествление галактик.
				\item<3-> Определение параметров переменных объектов.
				\item<3-> Поиск крупных экзопланет.
				\item<4-> Измерение расстояний (цефеиды, сверхновые).
			\end{itemize}
		\end{block}
		
		\column{0.5\textwidth}
			\begin{pict}\vbox to 0pt{\vspace*{-0.35\textheight}
				\only<1>{\includegraphics[width=0.9\columnwidth]{HRDiagram}}
				\only<2>{\includegraphics[width=\columnwidth]{hubble}}
				\only<3>{\includegraphics[width=\columnwidth]{exoplanet}}
				\only<4>{\includegraphics[width=\columnwidth]{supernova}}
				}
			\end{pict}
	\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{Фотография}\vspace*{-1em}
\begin{block}{}
В 1822~г. Нисефор Ньепс изобрел гелиографию.
Луи Дагер в 1837~г. разработал дагеротипию. 
1840~г Джон Уильям Дрэпер (отец Генри Дрэпера) "--- первое астрофото Луны.
\end{block}
\img[0.6]{Henry_Draper}
\end{frame}

\begin{frame}{}\vspace*{-1em}
\img[0.75]{Orion-Nebula_A_A_Common}
\vspace*{-1.5em}\centering\begin{minipage}{0.7\textwidth}
\begin{block}{}
Эндрю Эйнсли Камэн (Andrew Ainslie Common), 1883~г. "--- туманность Ориона. 
\end{block}\end{minipage}
\end{frame}

{\setbeamercolor{normal text}{bg=blue,fg=cyan!70!white}
\begin{frame}{}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}
\img{Bolometer_conceptual_schematic}
\column{0.4\textwidth}
\begin{block}{}
1878~г. Сэмюэль Лэнгли изобрел болометр: две платиновые полоски, зачерненные ламповой сажей, 
включенные по схеме моста Уитсона и подключенные к чувствительному гальванометру.

Болометр Лэнгли чувствовал корову за милю! 

Расширение диапазона до ИК.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}}

{\setbeamercolor{normal text}{bg=blue,fg=cyan!70!white}
\subsection{Спектроскопия}
\begin{frame}{Спектроскопия}
\begin{block}{Земная атмосфера}
Наземная астрофизика сильно сжата в спектральном диапазоне земной атмосферой.
\end{block}
\img{Atmospheric_electromagnetic_opacity}
\end{frame}}

\begin{frame}
	\frametitle{Область применения спектроскопии}
	\begin{columns}
		\column{0.4\textwidth}
		\begin{block}{}
			\begin{itemize}
				\item Эквивалентные ширины: скорость вращения, спектрополяриметрия,
				\onslide<2->{определение химического состава звезд.}
				\item<3-> Строгая спектральная классификация, определение возраста скоплений.
				\item<4-> Определение скорости движения объектов.
				\item<5-> Космология.
			\end{itemize}
		\end{block}

		\column{0.6\textwidth}
			\begin{pict}\vbox to 0pt{\vspace*{-0.3\textheight}
				\only<1>{\includegraphics[width=\columnwidth]{equiv_width}}
				\only<2>{\includegraphics[width=\columnwidth]{solar_spectra}}
				\only<3>{\vspace*{-0.1\textheight}
					\includegraphics[width=0.8\columnwidth]{SpectralLines}}
				\only<4>{\includegraphics[width=\columnwidth]{doppler}}
				\only<5>{\includegraphics[width=\columnwidth]{galaxy_doppler}}
				}
			\end{pict}
	\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{Йозеф фон Фраунгофер}
\img[0.8]{Fraunhofer_spectroscope}
\end{frame}

\begin{frame}
\begin{block}{}
В 1860~г. Густав Кирхгофф и Роберт Бунзен обнаружили, что многим темным фраунгоферовым линиям 
соответсвуют светлые линии спектров сжигаемых металлов. Кирхгофф объяснил происхождение 
фраунгоферовых линий поглощением света в атмосфере Солнца.

В 1868~г. Норман Локьер (пионер археоастрономии) и Пьер Жансен обнаружили гелий. 

Спектральные наблюдения с использованием призмы проводил еще Исаак Ньютон в 1666--1672~гг., он и 
предложил термин <<спектр>>.

Применение спектрального анализа к звездам начато работами Анджело Секки (ватиканская обсерватория) 
и Уильяма Хаггинса (частная обсерватория в Англии) в 1863~г. Секки первым доказал, что Солнце "--- 
звезда, первым предложил спектральную классификацию (4 класса).
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{Генри Дрэпер}
\begin{block}{}
1872, первый спектр Веги на фотопластинке. С 1918 по 1924~г. вышел каталог HD в честь Дрэпера 
(изначально 225300 звезд, Эдвард Пикеринг сотоварищи, наблюдения в гарвардской обсерватории с 
объективной призмой).
\end{block}
\img{Drapers_spectra}
\end{frame}

\begin{frame}{Бесщелевые спектры}
\only<1>{\begin{block}{}
Николас Мейол, 1930-е.
\end{block}
\img{slitless_schematic}}
\only<2>{\img{slitless}}
\end{frame}

\begin{frame}{Дифракционная решетка}
\begin{block}{}
Середина 18 века, Джеймс Грегори "--- принцип построения дифракционной решетки.

1785, Дэвид Риттенхаус (Филадельфия) "--- первая дифракционная решетка (почти 4 линии на мм).
Аналог "--- Йозеф Фраунгофер, 1821~г.

Нарезные решетки.  Предел "--- около 4.7/мм (1899, Генри Джозеф Грейсон).
\end{block}
\img[0.5]{Blazed_grating}
\end{frame}

\begin{frame}{Дифракция и дисперсия}
\img[0.4]{Comparison_refraction_diffraction_spectra}
\end{frame}



\begin{frame}{Спектрограф}
\img[0.89]{spectrograph}
\end{frame}

\section{Наземная астрофизика}
\subsection{Большие телескопы}
\begin{frame}{Большие телескопы}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}\vspace*{-1em}
\only<1>{\img{KeckTel}}
\only<2>{\img{gtc_cleaning}}
\column{0.5\textwidth}
\only<1>{\begin{block}{Телескопы Кека}
1993 "--- Кек-1 (Мауна Кеа), 10~м, 36 сегментов из церодура, площадь рабочей поверхности 
$75.76\,$м${}^2$ "--- крупнейшие в мире!
\end{block}}
\only<2>{\begin{block}{Большой Канарский}
2007 (2009), ла Пальма, 10.4~м, 36 сегментов из церодура, площадь рабочей поверхности 
$74.14\,$м${}^2$.
\end{block}}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\img[0.85]{optelcomp}
\end{frame}

\begin{frame}{Зачем такие большие?}
\begin{block}{Задачи, требующие построения гигантских телескопов}
\begin{itemize}
\item   происхождение Вселенной;
\item   механизмы образования и эволюции звезд, галактик и планетных систем;
\item   физические свойства материи в экстремальных астрофизических условиях;
\item   астрофизические аспекты зарождения и существования жизни во Вселенной.
\end{itemize}
\end{block}
\end{frame}

\subsection{Детекторы изображений}

\begin{frame}{}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}
\img{ccdintro}
\column{0.5\textwidth}
\begin{block}{ПЗС}
1969, Уиллард Бойл и Джордж Смит, лаборатории Белла.

1975 "--- первая ПЗС 100x100 (Steven Sasson, Kodak).

1976 "--- запуск спутника--шпиона с ПЗС 800x800.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}
\img{SDSSFaceplate}
\column{0.5\textwidth}
\begin{block}{}
Слоановский обзор SDSS, 30 ПЗС 2048x2048 в сканирующем режиме.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}


\section{Космическая астрофизика}
\begin{frame}{Космическая астрофизика}
\begin{columns}
\column{0.6\textwidth}
\img{Hipparcos-testing-estec}
\column{0.4\textwidth}
\begin{block}{}
1989, Hipparcos "--- High Precision Parallax Collecting Satellite.

1mas. Каталоги Hipparcos и Tycho.
\end{block}
\end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\vspace*{-1em}
\img[0.6]{HST-SM4}\vspace*{-1em}
\begin{block}{Телескоп им.~Хаббла}
2.4~м зеркало. 

1978 "--- стартовое финансирование, 36~млн.длр.

1986 "--- общий бюджет проекта вырос до 1.175~млрд.длр.

25 апреля 1990~г. "--- 2.5~млрд.длр.

1999 "--- около 6~млрд.длр. + 593~млн.евр. от ЕКА.

Четыре экспедиции.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\img{Hubble_Probes_the_Early_Universe}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{columns}
\column{0.6\textwidth}\vspace*{-2em}
\img{Kepler_Space_Telescope}
\column{0.4\textwidth}
\begin{block}{Телескоп Кеплера}
2009, поиск экзопланет. 0.95~м апертура, зеркало 1.4~м.

42 ПЗС 2200x1024.

$\sim0.5$~млрд.длр.
\end{block}
\end{columns}}
\only<2>{\img[0.85]{Kepler_CCD_matrix}}
\end{frame}

\section{Современные направления}
\subsection{Активная оптика}
\begin{frame}{Активная оптика}
\begin{columns}
\column{0.5\textwidth}\only<1>{\img{VLT-active}}
\only<2>{\img{GTC_Active_Optics_Acutators}}
\column{0.4\textwidth}\only<1>{\begin{block}{VLT}
VLT: 150 актуаторов на зеркале, управляемое вторичное зеркало. 1 сет "--- 30 секунд (для 
избавления от атмосферных эффектов). В случае отсутствия опорной звезды в кадре сигналы вычисляются 
по модели (учитывающей наклон оси и температуры).\end{block}}
\only<2>{\begin{block}{GTC}
Зеркало "--- 17т. 
\end{block}}
\end{columns}
\end{frame}

\subsection{Спекл--интерферометрия}
\begin{frame}{Спекл--интерферометрия}
\only<1>{\img{speckles}}
\only<2>{\img[0.6]{WR_speckle_restored}}
\end{frame}

\subsection{Адаптивная оптика}
\begin{frame}{Адаптивная оптика}
\only<1>{\vspace*{-1em}\begin{block}{}
$30\div60\,$mas. Искусственные звезды: звезды Рэлея (ближний ИК, $15\div25$~км) и 
натриевые ($80\div100$~км, 589~нм).
\end{block}\vspace*{-1em}
\img{cfht_adaptive_optics}}
\only<2>{\img{wavefront_SHA}}
\only<3>{\img[0.85]{VLT_artif_star}}
\end{frame}

\subsection{Lucky-imaging, Superresolution}
\begin{frame}{Lucky-imaging, Superresolution}
\smimg[0.33]{Lucky_Single_Exposure_Strehl_16Percent}\hfil
\smimg[0.33]{Lucky_sum_all}\hfil
\smimg[0.33]{Lucky_best_1percent_averaging}
\begin{block}{}
Куб данных с экспозициями $10\div50\,$мс.

Совмещение снимков с наименьшим числом Штреля.

Усреднение.

Итог: было 900\,mas, стало 40!

Для малых телескопов ($<r_0$) это Superresolution.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{Спасибо за внимание!}
\centering
\begin{minipage}{5cm}
\begin{block}{mailto}
eddy@sao.ru\\
edward.emelianoff@gmail.com
\end{block}\end{minipage}
\end{frame}
\end{document}
