Характеристики поля излучения в астрофизике
Содержание
•Интенсивность, яркость, плотность потока
•Поляризация излучения
•Перенос излучения в среде
•Тепловое излучение тел, яркостная и эффективная температуры
Интенсивность и яркость
Интенсивность излучения (Iν) определяется как
спектральная плотность мощности, проходящей через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно к вектору групповой скорости, в единичный телесный угол.
В пустом пространстве интенсивность излучения вдоль луча постоянна.
dE I (1) |
dA d d |
1 |
dt dE |
I (2) |
dA d |
2 |
d |
2 |
dt |
|
1 |
|
1 1 |
2 |
|
2 |
|
|
|||
d 1 d 2 |
d 1 dA2 |
R12 d 2 dA1 R21 |
R12 R21 |
|||||||
Интенсивность излучения поверхности объекта обычно называется его яркостью (B)
Плотность потока
Интеграл от яркости по всему источнику дает плотность потока излучения от источника:
Единицей плотности потока в радиоастрономии является 1 Янский (1 Ян) = 10-26 Вт м-2Гц-1
Иногда плотность потока определяется несколько иначе (Θ – угол, отсчитываемый от центра источника):
Разница между этими определениями существенна только для очень протяженных объектов.
Поляризация излучения
Эллипс поляризации для излучения с волновым вектором, направленным на нас (p – отношение осей эллипса). Направление вращения учитывается знаком p.
Параметры
Стокса
c VI
l |
Q |
|
Q2 |
U 2 |
|
I cos 2 |
|
I |
(нормированные) |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Сфера Пуанкаре
Если использовать параметры Стокса в качестве декартовых осей, то любое состояние поляризации будет соответствовать точке на поверхности сферы
радиусом S, называемой сферой Пуанкаре.
Связь параметров Стокса с измеряемыми величинами
Для антенн, измеряющих
две линейные поляризации две круговые поляризации
Перенос излучения
dI |
I |
|
|
Уравнение переноса излучения |
|
(без учета коэффициента |
|||
dx |
|
|||
|
|
|
преломления) |
αν – коэффициент поглощения (может быть отрицательным)
εν – коэффициент излучения |
|
|
P |
|
Для изотропного излучателя |
||||
4 |
||||
|
|
|
Коэффициенты поглощения и излучения определяются микрофизикой и состоянием вещества
Частные случаи
• Только излучение (αν = 0)
x
I (x) I (x0 ) (x ) dx
x0
• Только поглощение (εν = 0)
I |
(x) I |
(x ) exp |
|
|
x |
|
|
|
(x ) dx |
|
|||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
x0 |
|
|
Оптическая толща
x
(x ) dx
x0
11
Оптически толстый случай
Оптически тонкий случай
Средняя длина свободного пробега фотона l 1/