Wann ist optische Brechung in der Astronomie wichtig?

Was sind häufig wichtige astrophysikalische Systeme / Modelle, bei denen die optische Brechung wichtig oder notwendig ist?

Ich möchte Sie bitten, in dieser Frage die Brechung in der Erdatmosphäre oder in Instrumenten nicht zu berücksichtigen.

Kommentar: Die Gravitationslinse unterscheidet sich von der optischen Brechung, obwohl sie die Lichtwege beeinflusst. Ich möchte die Autoren bitten, dies im Folgenden nicht zu erwähnen.

Die optische Brechung hängt mit der Richtungsänderung eines Lichtstrahls zusammen, wenn sich der Brechungsindex ändert. Mit Ausnahme der Erdatmosphären und -instrumente hat die Brechung meines Erachtens nur geringe oder keine Auswirkungen auf die Astronomie.

Die einzigen Fälle, die mir in den Sinn kommen, in denen wir (wahrscheinlich) eine wichtige Brechung haben können, sind das Verdunkeln von Sternbinärdateien oder die Nähe von Kanten auf Planetensystemen. Stellen wir uns einen Planeten vor, der sich hinter seinem Stern bewegt. Ein Teil des Lichts geht durch die Sternatmosphäre und wird gebrochen. Da die Atmosphäre gekrümmt ist und wahrscheinlich den Brechungsindex mit der Höhe ändert, wirkt sie wie eine Linse, die das Planetenlicht zerstreut (so die Intuition).

Bearbeiten Eine ähnliche Beschreibung gilt im Allgemeinen für jedes Objekt, das hinter einem anderen Objekt mit Atmosphäre vorbeigeht.

Und es gibt Gravitationslinsen (wenn Sie mir erlauben), die einen viel größeren Einfluss auf Beobachtungen haben. Dies wird durch die Schwerkraft verursacht, die Lichtstrahlen biegt, wenn sie sich in der Nähe von Galaxien / Galaxienhaufen (/ Sternen / ...) bewegen. Einer der Unterschiede der Gravitationslinsen gegenüber Standardlinsen besteht darin, dass sich der Brechungsindex nicht ändert, so dass er achromatisch ist (alle Wellenlängen werden um den gleichen Winkel gebogen).

Gravitationslinsen werden kanonisch in drei Gruppen unterteilt:

1. Starke Linsen, die normalerweise in Galaxienhaufen oder in der Nähe massereicher Galaxien beobachtet werden. Das Gravitationspotential ist so stark, dass das Bild einer Hintergrundgalaxie stark in Bögen und Ringe verzerrt ist, wie in diesem auffälligen Bild von Abell 2218 von HST:

   
   _{(Quelle: hubblesite.org )}

2. Schwache Linse. Das Licht einer Galaxie trifft auf Materie (und viel dunkle Materie), die zu uns reist und gebrochen wird. Dies hat keinen dramatischen Effekt wie bei starken Linsen, verzerrt jedoch die Form der Galaxie. Und diese Verzerrung kann verwendet werden, um beispielsweise die Verteilung der dunklen Materie um ein Objekt oder den Inhalt des Universums zu untersuchen.

3. Mikrolinsen. Stellen Sie sich vor, Sie beobachten einen Stern und wissen irgendwie, dass ein Tropfen dunkler Materie vor dem Stern vorbeiziehen wird. Der Blob ist nicht groß genug, um die Sternform zu verzerren, erhöht aber mit Sicherheit die Leuchtkraft des Sterns geringfügig.

Hier ist ein Artikel, den ich gefunden habe und der über den Brechungsindex der dunklen Materie (anders als durch Gravitationslinsen) und darüber spricht, wie sich ein Signal abschwächen könnte. Das Papier trägt den Titel "Einschränkungen der Dunklen Materie aus einem kosmischen Brechungsindex" , und hier ist die Zusammenfassung:

Die Kandidaten für die Dunkle Materie der Teilchenphysik besitzen ausnahmslos elektromagnetische Wechselwirkungen, wenn auch nur über Quantenfluktuationen. In Massen genommen kann dunkle Materie somit einen Brechungsindex erzeugen, der von ihrem Vakuumwert abweicht. Sein Vorhandensein wird durch frequenzabhängige Effekte bei der Ausbreitung und Dämpfung von Licht signalisiert. Wir diskutieren theoretische Einschränkungen für die Erweiterung des Brechungsindex mit der Frequenz, die physikalische Interpretation der Terme und die besonderen Beobachtungen, die zur Isolierung seiner Koeffizienten erforderlich sind. Mit dem Aufkommen neuer Möglichkeiten, Gammastrahlenausbrüche auf kosmologischen Entfernungsskalen zu betrachten, erhalten wir eine neue Sonde für dunkle Materie und eine neue Möglichkeit für deren direkte Detektion.

Um ehrlich zu sein, verstehe ich nicht wirklich, wie Quantenfluktuationen der Dunklen Materie einen solchen Effekt erzeugen können. Abgesehen von instrumentellen oder atmosphärischen Effekten (und theoretischen Überlegungen) erinnere ich mich ehrlich gesagt nicht daran, dass die Brechung jemals als wichtiger Effekt aufgetreten ist.

Durch Beobachtung einer Lichtquelle oder von Radiowellen, die den Rand der Atmosphäre eines Planeten passieren, können die Biegung und die Verzögerung (beide aufgrund der im Vergleich zum Vakuum geringeren Lichtgeschwindigkeit in der Materie) zur Analyse dieser Atmosphäre verwendet werden.

Die vier Antworten auf die Frage Wann haben Planetenforscher festgestellt, dass der Oberflächendruck der Venus fast 100-mal so hoch ist wie auf der Erde? Wie haben sie es herausgefunden? Das Durchsuchen wird etwas dauern, aber sie sind es wert.

Durch Verwendung einer monochromatischen Trägerwelle kann die integrierte Dichte anhand der gesamten Phasenverzögerungen (Anzahl der Zyklen) erfasst werden, die sich beim Durchgang des Strahls durch immer dickere Schichten ansammeln.

Diese sind aus dieser Antwort:

Quelle

oben: Die Stanford 150-Fuß-Schüssel, die zur Übertragung der Zweifrequenzsignale an Mariner 5 für die Funkokkultationsmessungen seiner atmosphärischen Dichte verwendet wird. Von instartupland.com 1 , 2 , 3 .

Ich bin mir ziemlich sicher, dass Radiobrechung verwendet wurde, um die Atmosphäre von Gasriesen wie Jupiter und Saturn zu untersuchen, aber ich weiß noch nicht, ob die optische Brechung noch modelliert wurde. Dies ist aus der (derzeit unbeantworteten) Frage Brechung durch Saturnatmosphäre - wie dicht ist es hier?

oben: abgeschnittener Teil des Cassini-Bildes der NASA von hier