Strona główna „Forum Akademickiego”

Archiwum z roku 1998

Spis treści numeru 7-8/1998

Przez rurę do gwiazd
Poprzedni Następny

Za pomocą amatorskiej lunety można obserwować mgławice,
gromady kuliste i otwarte, galaktyki. Z planet dostępny jest Merkury, Wenus,
z jej fazami i zmianami wielkości, Mars, Jowisz z czterema księżycami
oraz Saturn ze swym pierścieniem.

Stanisław Skirko

Fot. Stefan Ciechan
Teleskop w obeswatorium
astronomicznym UMK w Piwnicach

Gołym okiem możemy oglądać Drogę Mleczną, podziwiać piękno gwiazdozbiorów, jasnych mgławic i gromad gwiazd, ruchy planet i Księżyca oraz różnorodne zaćmienia. Dzięki instrumentowi optycznemu, którego historia liczy już blisko 400 lat, zobaczymy także gwiazdy podwójne i wielokrotne, słabsze galaktyki, gromady i mgławice, morza, kratery i góry na powierzchni Księżyca, tarcze planet i ich księżyce, komety, a także plamy na Słońcu. Zaletą teleskopu jest zdolność zbierania światła, która zależy od kwadratu średnicy obiektywu. Obiektyw, jakim jest źrenica oka, może mieć w ciemności średnicę 6 mm. Lunetka o średnicy 40 mm zbierze więc 45 razy więcej światła niż oczy.

Luneta jest przyrządem optycznym, wytwarzającym powiększony obraz oddalonych przedmiotów. Składa się z obiektywu, który wytwarza obraz rzeczywisty oraz okularu, czyli soczewki ocznej, będącej jakby lupą powiększającą kąt widzenia - oprawionych w ten sposób, że obiektyw i okular można względem siebie przesuwać w zależności od właściwości oka.

CHORĄGIEWKA NA DACHU

W roku 1608 niderlandzki optyk Hans Lipperhey wniósł o opatentowanie dwusoczewkowej lunety. Obserwując chorągiewkę na dachu przez kombinację soczewki dwuwypukłej i dwuwklęsłej zauważył, że oglądany obiekt wydaje się większy. Zbudował więc przyrząd złożony z dwóch soczewek zamontowanych wewnątrz rury. Słysząc o wynalazku Holendra, jego konstrukcję powtórzył w roku 1609 Galileusz. Odtąd luneta o takiej konstrukcji zwana jest holenderską lub lunetą Galileusza. Włoski astronom wykorzystał nowe możliwości obserwacyjne do odkrycia kraterów na Księżycu, czterech księżyców Jowisza, pierścienia Saturna i faz Wenus.

Inny rodzaj lunety wynalazł w roku 1611 Johannes Kepler, pracujący w Pradze nadworny astronom i matematyk Rudolfa II, następca Tychona de Brache. Luneta, zbudowana według projektu Keplera przez Christopha Scheinera, składała się z dwóch soczewek wypukłych i dawała obraz ostrzejszy, choć odwrócony. Taki przyrząd zwany jest do dziś lunetą astronomiczną. Jako obiektywu używa się w niej soczewki o dużej ogniskowej, okularem jest zaś soczewka o małej ogniskowej. Odwrócenie obrazu nie przeszkadza w obserwacjach nieba, gdyż w kosmosie nie istnieją pojęcia góry i dołu. Trzeba tylko pamiętać o odwróceniu atlasu, który ma nam służyć pomocą. W roku 1614 Grek Demiscianus upowszechnił pojęcie teleskopu (grec. tele - daleko, skopein - widzieć). Wielkie lunety astronomiczne (soczewkowe) noszą dziś nazwę refraktorów. Reflektorami nazywa się teleskopy zwierciadlane.

GDAŃSKI SELENOLOG

Luneta od razu znalazła zastosowanie w astronomii i przyczyniła się do postępu wiedzy w tej dziedzinie. Obserwacje Galileusza i Keplera pozwoliły im dokonać odkryć potwierdzających teorię Kopernika.

W roku 1611, gdy Kepler budował swoją pierwszą lunetę, Galileusz odważnie wyzywał na dysputę znamienitych rzymskich dominikanów, a Johannes Fabricius odkrywał, patrząc przez holenderską lunetę, plamy na Słońcu, urodził się w Gdańsku Jan Heweliusz. Niespełna trzydzieści lat później zbudował w założonym w tym mieście obserwatorium teleskop o długości 45, niektórzy podają - 50 metrów. Obserwował przezeń powierzchnię Księżyca, księżyce Jowisza i Saturna, położenie planet i gwiazd. Odkrył nowe komety i gwiazdozbiory. Problem wielkości powiększeń rozwiązywano wtedy jeszcze budując jak najdłuższe lunety.

Nowo wynaleziony przyrząd znalazł prawie od razu zastosowanie do obserwacji Słońca. Początkowo nie zdawano sobie sprawy jak niebezpieczna to zabawa. Johannes Fabricius nie stracił wzroku tylko dlatego, że jego niedoskonała luneta miała niewielką jasność. Christopher Scheiner, który walczył z Galileuszem o pierwszeństwo odkrycia plam słonecznych oraz Heweliusz nie patrzyli już przez swe lunety prosto w Słońce. Rzutowali obraz z lunety na ekran.

TELESKOP NEWTONA

W roku 1671 Izaak Newton buduje teleskop z wykorzystaniem zwierciadła. Wcześniejsze lunety pokazywały obrazy obiektów otoczone barwnymi obrzeżami. Newtonowi udaje się wyeliminować te zniekształcenia właśnie za pomocą lustra. Wykorzystał tu prawo odbicia w zwierciadłach (kąt padania równa się kątowi odbicia). W odróżnieniu od soczewek, w lustrach drogi promieni dla wszystkich barw świetlnych są jednakowe.

Tymczasem produkowano coraz doskonalsze szkło do wytwarzania soczewek i luster. Lunety zwierciadlane były coraz większe. Łatwiej wykonać wielkie lustro niż wielką soczewkę. Ponad sto lat po wynalazku Newtona, także w Anglii, nad optycznym i technicznym udoskonaleniem teleskopu pracował Niemiec Friedrich Wilhelm Herschel. W latach 1785-90 zbudował potężny teleskop o średnicy 120 cm i 12 m długości. Ogniskowa obiektywu miała prawie 11 metrów. Całość wspierała się na drewnianej konstrukcji w kształcie piramidy. Budowę nadzorował król Jerzy III. Znane są jego słowa, skierowane do odwiedzającego obserwatorium arcybiskupa Canterbury: Niech pan podejdzie, eminencjo, chcę panu pokazać drogę do nieba.

REKORDZIŚCI

W roku 1844 Irlandczyk William Parsons Rosse zbudował w Castletown teleskop lustrzany o długości 16 metrów i średnicy 183 cm. Osiem lat później w Anglii i Francji zgłoszone zostają patenty lunety z zastosowaniem pryzmatu. Dzięki zmianie kierunku promieni przyrząd staje się krótszy i wygodniejszy w użyciu, a oglądany obraz - nieodwrócony. Autorem wynalazku był włoski inżynier Ignazio Porro, który zapoczątkował w ten sposób rozwój lunet i lornetek pryzmatycznych. Ich seryjną produkcję rozpoczął wkrótce niemiecki fizyk Ernst Abbe.

Wciąż jednak padają rekordy. W roku 1896 w Treptow koło Berlina zostaje zaprezentowana luneta o długości 21 metrów z soczewką o średnicy 70 cm. Konstruktorem jest niemiecki astronom Friedrich Simon Archenhold. W roku 1917 w obserwatorium na Mount Wilson (1900 m n.p.m.) w Kalifornii umieszczono lunetę o średnicy zwierciadła ok. 250 cm, służącą do badań Słońca. Stacja posiadała dwie wieże o wysokości 20 i 50 metrów. Zdystansowało ją po II wojnie światowej obserwatorium na Mount Palomar, gdzie w roku 1949 zainstalowano teleskop wyposażony w zwierciadło o dwa razy większej średnicy (500 cm). Takie lustro to 17 ton szkła. Problemem jest tu jakość materiału, który po odlaniu nie może zawierać zniekształceń ani pęcherzyków, powinien mieć możliwie niewielki współczynnik rozszerzalności cieplnej i być pozbawiony naprężeń.

GUMOWE ZWIERCIADŁO

Do roku 1953 naukowcy budowali coraz większe i cięższe teleskopy. Przeszkodą nie do pokonania okazała się jednak turbulencja atmosferyczna. Obserwatoria umieszczano więc na szczytach gór, gdzie powietrze jest czystsze. Ale i to nie pomagało. W roku 1953 astronomowie znaleźli rozwiązanie. Do kompensacji zaburzeń światła wywoływanych przez turbulencje wykorzystano dodatkowe lustro o zmiennym kształcie, tzw. gumowe zwierciadło (rubber mirror). Wyniki były jednak zadowalające tylko wówczas, gdy w pobliżu obserwowanego obiektu znajdowała się jasna gwiazda, mogąca służyć za punkt odniesienia pomiarów turbulencji w czasie rzeczywistym tak szybko, jak występują zmiany w atmosferze. Nie w każdym miejscu nieba można znaleźć taką gwiazdę. Opracowano więc metodę wytwarzania sztucznych gwiazd za pomocą wiązki laserowej.

FALE W KOSMOSIE

W roku 1932 Amerykanin Karl Jansky donosi o odkryciu fal radiowych w przestrzeni kosmicznej. Rozpoczyna się era radioteleskopów. Pięć lat później amerykański radioamator Grote Reber buduje pierwszy radioteleskop z użyciem anteny paraboidalnej. Wkrótce powstają duże urządzenia tego typu. W roku 1961 M.A.N. buduje radioteleskop "Australia" o średnicy 64 m. Dzięki radioastronomii dochodzi dwa lata później do odkrycia kwazarów. Rok 1970 przynosi zbudowany przez Instytut Maxa Plancka radioteleskop z anteną paraboliczną o średnicy 100 m. Penetruje ona całe niebo i odbiera sygnały z obiektów oddalonych o 12 mld lat świetlnych.

SYSTEM VLA

Precyzja lokalizacji źródła promieniowania zależy od średnicy lustra refraktora. W kolejnych latach budowano więc w wielu krajach urządzenia optyczne o coraz większych lustrach (w ZSSR, na Kaukazie, osiągnięto średnicę 610 cm). Aż przyszedł czas na urządzenie nowej generacji. W stanie Nowy Meksyk Amerykanie uruchomili w roku 1981 radioteleskop systemu VLA (Very Large Array). Gdyby chcieć zbudować antenę paraboliczną o takim samym zasięgu, musiałaby ona mieć średnicę 35 km. VLA to system kilkudziesięciu mniejszych anten połączonych ze sobą i podłączonych do komputera. Stwarza on zupełnie nowe możliwości penetracji kosmosu.

W 1988 roku w Green Bank (Wirginia) doszło do katastrofy trzeciego co do wielkości na świecie radioteleskopu z anteną paraboliczną (91 m średnicy). Do zawalenia się konstrukcji doszło podczas prowadzonych obserwacji z powodu pęknięcia stalowego elementu poddanego cyklicznym naprężeniom.

POZA ATMOSFERĄ

Turbulencje atmosfery ziemskiej powodują, że obraz oglądanych przez teleskopy obiektów jest zamazany i przy dużych powiększeniach nieostry. Do udoskonalenia teleskopów naziemnych użyto wprawdzie "gumowego zwierciadła" i sztucznej gwiazdy, ale uczeni wpadli także na inny pomysł - wyniesienie obserwatorium poza atmosferę, na orbitę. Pierwsze dwa satelity spełniające funkcję obserwatorium kosmicznego wystrzelono w roku 1968 i 1972. Prawdziwy przełom nastąpił jednak dopiero w roku 1990, kiedy to wahadłowiec Discovery umieścił na orbicie okołoziemskiej teleskop Hubble'a, przygotowany do piętnastoletniej pracy. Krąży on 595 km nad powierzchnią Ziemi. Dzięki niemu potwierdzono istnienie czarnych dziur, sfotografowano narodziny i śmierć gwiazd. Widzi on 10 razy wyraźniej niż teleskopy naziemne. Choć jego koszt jest ogromny (1,5 mld dolarów), nakłady te opłaciły się poznawczo.

CO DLA AMATORÓW?

Niebo można z powodzeniem obserwować nawet przez lornetkę. Pewna firma optyczna z Żywca oferuje całą rodzinę refraktorów i reflektorów, ich elementów do składania, a także montaże i statywy. Zalecane jest kupowanie na początek niewielkich teleskopów, łatwych w montażu, demontażu i transporcie. W dużych miastach obserwacje są utrudnione przez dużą jasność nieba. Najlepiej więc wybrać się z przyrządem poza obręb aglomeracji.

Miłośnicy astronomii używają przeważnie teleskopów zwierciadlanych, szczególnie nadających się do oglądania słabych obiektów mgławicowych. Kosztują one mniej niż refraktory o porównywalnej średnicy, zajmują mniej miejsca, są lżejsze i nie wymagają tak ciężkich statywów i drogich montaży. Lunety soczewkowe uzyskują jednak bardziej kontrastowe obrazy niż zwierciadlane o podobnej wielkości, co jest szczególnie przydatne w obserwacjach planet. Są też łatwiejsze w konserwacji. Fachowcy polecają na początek kupno niewielkiej lunety o średnicy obiektywu poniżej 10 cm. Tej klasy sprzętu używał Galileusz, gdy zaprzągł optykę do badań nieba.

Uwagi.