中国科学技术大学：《实测天体物理学基础》课程教学资源（课件讲稿）第7章 天体偏振测量

天体偏振测量

天体偏振测量

1.引言意义 2.偏振描述 3.偏振器件 4.偏振测量 5.偏振应用 OPTOSIG 2

2 1. 引言意义 2. 偏振描述 3. 偏振器件 4. 偏振测量 5. 偏振应用

9.1.1光的偏振态 ■天体辐射的特性 口分布：几何结构，物质分布，动力学 →图像测量 口强度：天体亮度，光变，星际消光 →光度测量 口频谱：天体温度，化学组成，视向速度→光谱测量 口偏振：天体磁场，辐射机制，物质分布〉偏振测量 ■电磁波是横波 口横波-振动方向垂直于传播方向，如水波。有偏振 口纵波-振动方向平行于传播方向，如声波。无偏振 十++ 天文学中常用电矢量来描述电強波

3 9.1.1 光的偏振态 n 天体辐射的特性 q 分布：几何结构，物质分布，动力学 à 图像测量 q 强度：天体亮度，光变，星际消光 à 光度测量 q 频谱：天体温度，化学组成，视向速度 à 光谱测量 q 偏振：天体磁场，辐射机制，物质分布 à 偏振测量 n 电磁波是横波 q 横波----振动方向垂直于传播方向，如水波。有偏振 q 纵波----振动方向平行于传播方向，如声波。无偏振 天文学中常用电矢量来描述电磁波

■光的偏振态：在垂直于光传播方向的波前平面 内，电矢量振动方向的选择。 口非偏振光：电矢量沿各方向振动几率相等、（时 间平均)强度相等；可看成许多具有随机强度、 相位和方向的振动的叠如，例如自然光。 口线偏振光：电矢量始终沿某个确定的方向振动， 不随时间变化。也称完全平面偏振光，或平面偏 振光 口圆偏振光：电矢量振幅不变，但振动方向不固定 ,随时间变化，并且以某确定角速度旋转。电矢 量端点在波前平面内的轨迹是一个圆 4

4 n 光的偏振态：在垂直于光传播方向的波前平面 内，电矢量振动方向的选择。 q 非偏振光：电矢量沿各方向振动几率相等、（时 间平均）强度相等；可看成许多具有随机强度、 相位和方向的振动的叠加，例如自然光。 q 线偏振光：电矢量始终沿某个确定的方向振动， 不随时间变化。也称完全平面偏振光，或平面偏 振光。 q 圆偏振光：电矢量振幅不变，但振动方向不固定 ，随时间变化，并且以某确定角速度旋转。电矢 量端点在波前平面内的轨迹是一个圆

口椭圆偏振光：电矢量的振动方向和振幅都随时间 改变。振动方向以某确定角速度旋转，振幅的变 化具有相同的周期。一个周期内，电矢量端点在 波前平面内的轨迹是一个椭圆。 口部分偏振光：电矢量在各方向上都有分量，但强 度随方向变化，在某一个方向的强度占优势，在 沿与之垂直的方向强度最小。可以看成是非偏振 光和偏振光叠加而成。实际观测中，大部分电磁 辐射不是绝对的偏振或绝对的非偏振，往往兼有 偏振和非偏振成分 ■部分线偏振光 部分圆偏振光 部分椭圆偏振光 5

5 q 椭圆偏振光：电矢量的振动方向和振幅都随时间 改变。振动方向以某确定角速度旋转，振幅的变 化具有相同的周期。一个周期内，电矢量端点在 波前平面内的轨迹是一个椭圆。 q 部分偏振光：电矢量在各方向上都有分量，但强 度随方向变化，在某一个方向的强度占优势，在 沿与之垂直的方向强度最小。可以看成是非偏振 光和偏振光叠加而成。实际观测中，大部分电磁 辐射不是绝对的偏振或绝对的非偏振，往往兼有 偏振和非偏振成分 n 部分线偏振光 n 部分圆偏振光 n 部分椭圆偏振光

光的五种偏振态 椭圆偏振光 y 自然光 E 0 线偏振光 X 圆偏振光 部分偏振光 6

6 光的五种偏振态

Linear Circular Elliptical 7

7 Linear Circular Elliptical

Action of Polarized Sunglasses Light Waves Vibrating 日常生活中见 Perpendicular to the Highway Light Waves Vibrating Parallel to the Highway 的 振 现象 8

8 日常生活中见到的偏振现象

9.1.2天体偏振发现 a 1811年法国D.E.Arago发现月球表面反射的太阳 光是部分线偏振光 ■此后，陆续发现行星的辐射、日冕、黄道光、蟹 状星云的辐射都有偏振特性 ■ 1948年，S.Hall&W.A.Hiltner.发现：许多远距 离恒星的辐射都是部分线偏振的 ■1968年，M.F.Valker对话动星象核 (AGN)NGC1O68等进行了偏振观测，并发现偏 振在AGN相当普遍 9

9 9.1.2 天体偏振发现 n 1811年法国 D.E. Arago发现 月球表面反射的太阳 光是部分线偏振光 n 此后，陆续发现行星的辐射、日冕、黄道光、蟹 状星云的辐射都有偏振特性 n 1948年，S. Hall & W.A.Hiltner发现：许多远距 离恒星的辐射都是部分线偏振的 n 1968年，M. F. Walker对活动星系核 (AGN)NGC1068等进行了偏振观测，并发现偏 振在AGN相当普遍

9.1.3偏振产生机制Sources of Polarization ■同步辐射(Synchrotron): 高能带电粒子特别是高能电 子，在磁场中作回旋运动时 ,沿切线方向发出的辐射 Magnet Synchrotron Light 口偏振方向与当地磁场方向 垂直 口偏振度高 口Blazar、SNR、Pulsars.等天 体的主要辐射机制 Messier 87 10

10 9.1.3 偏振产生机制 Sources of Polarization n 同步辐射(Synchrotron)： 高能带电粒子特别是高能电 子，在磁场中作回旋运动时 ，沿切线方向发出的辐射 q 偏振方向与当地磁场方向 垂直 q 偏振度高 q Blazar、SNR、 Pulsars等天 体的主要辐射机制 Messier 87