Kesäkuussa 1889, noin vuotta ennen hänen ennenaikaista kuolemaansa, loistava hollantilainen postimpressionisti Vincent Van Gogh valmistui raivoisasti Tähdenyö oleskellessaan luostarissa Saint-Paul de Mausole, mielenterveyden turvapaikka, joka sijaitsee Etelä-Ranskassa. Maalaus kuvaa nöyrää kylää, joka on lepää aaltoilevien kukkuloiden sinisen rauhan ja maagisen taivaan välillä, joka on täynnä komeettamuotoisia pilviä ja maailmanpyörän kokoisia pyörätähteitä. Vaikka Van Gogh myi elämässään vain yhden maalauksen, tästä korvaamattomasta taideteoksesta on tullut kuvake. Siinä hän vangitsi lapsenmielisen ihmeen, jonka aikuiset voivat tunnistaa siitä, kuka ei ole seisonut ulkopuolella ja jota on heikentänyt yläpuolella juhlivat tuikeat tähdet. Kauniit syvän avaruuden kuvat voivat saada aikaan samanlaista jännitystä tähtitieteellisiltä harrastajilta. Kuvia tuottavat valokuvaajat ovat kuitenkin kiinnostuneempia tähtiä, kun ne ovat rauhallisia.
Tähdenyö (1889) ei ollut ainoa Van Goghin luoma maalaus, joka kuvaa yön taivaanrantaa. Itse asiassa tämä kangas ei ollut hänen suosikki, koska se ei ollut niin realistinen kuin hän oli alun perin kuvitellut. Esimerkiksi vuotta aiemmin hän tuotti Tähdenyön yli Rhone (1888) ja Kahvilaterassi yöllä (1888). Molemmilla näillä on yhteisiä elementtejä, mutta molemmat ovat myös ainutlaatuisia - aikaisemmissa versioissa on ihmisiä ja tähdet ovat esimerkiksi vähentyneet. Siitä huolimatta, kaikki nämä kolme teosta ovat kiehtoneet miljoonia, ja sadat taiteen ystävät väkijoukkojen ympäröivät joka päivä museoissaan tekemällä henkilökohtaisia tulkintoja itselleen ja muille kuunteleville.
Mielenkiintoista on, että ikimuistoisen taiteen tekeminen voi johtaa unohdettaviin tähtitieteellisiin kuviin. Tarkemmin sanottuna kunkin Van Goghin maalauksen häikäisevä ilotulitus edustaa tähtiä, jotka kimaltelevat ja vilkkuvat.
Elämme kaasumaisen valtameren pohjalla, joka koostuu pääasiassa typestä (78%), hapesta (21%) ja argonista (1%) sekä joukosta muita komponentteja, mukaan lukien vesi (0–7%), ”kasvihuonekaasu” tai otsoni (0 - 0,01%) ja hiilidioksidi (0,01 - 0,1%). Se ulottuu ylöspäin maan pinnasta noin 560 mailin korkeuteen. Maan kiertoradalta nähtynä ilmapiiri näkyy pehmeänä sinisenä hehkua planeetamme horisontin yläpuolella. Jokaista havaitsemiemme asiaa, joka on olemassa planeettamme ulkopuolella - aurinko, kuu, läheiset planeetat, tähdet ja kaikki muu, tarkastellaan tämän väliintulon kautta, jota kutsumme ilmakehään.
Se on jatkuvasti liikkeessä, muuttaa tiheyttä ja koostumusta. Ilmakehän tiheys kasvaa, kun se lähestyy maan pintaa, tosin se ei ole lainkaan tasainen. Se toimii myös prismana valon poikittaissuunnassa. Esimerkiksi valonsäteet ovat kaarevia, kun ne kulkevat eri lämpötilojen alueiden läpi taipuen kohti kylmempää ilmaa, koska se on tiheämpää. Koska lämmin ilma nousee ja viileämpi ilma laskeutuu, ilma pysyy turbulenttisena ja siten avaruuden valonsäteet vaihtavat suuntaa jatkuvasti. Näemme nämä muutokset tähtiä tuikeina.
Lähempi maa, viileämpi tai lämpimämpi tuuli, joka puhaltaa vaakatasossa, voi myös aiheuttaa nopeita ilmantiheyden muutoksia, jotka muuttavat satunnaisesti valon kulkua. Niinpä myös neljästä kulmasta puhaltavat tuulet edistävät myös tähtiä jiggling. Mutta ilma voi myös aiheuttaa tähtien siirtyvän nopeasti tarkennukseen, aiheuttaen täten yhtäkkiä himmenemisen, kirkkauden tai värinmuutoksen. Tätä vaikutusta kutsutaan tuikeksi.
Mielenkiintoista on, että ilma voi olla liikkeessä, vaikka emme voi tuntea sen tuulet - tuulivoimat korkealla pään yläpuolella voivat myös aiheuttaa tähtien tärähtämisen. Esimerkiksi suihkuvirta, suhteellisen kapeiden maapallon yli kulkevien virtauskaisto, joka sijaitsee noin kuudesta yhdeksään mailia ylöspäin, muuttaa jatkuvasti sijaintiaan. Se puhaltaa yleensä lännestä itään, mutta sen suhteellinen pohjois-etelä-asema pysyy jatkuvassa tarkistustilassa. Tämä voi johtaa erittäin epävakaisiin ilmasto-olosuhteisiin, joita ei voida havaita maassa, mutta suihkuvirta tuottaa taivaan, joka on täynnä twinklers, jos se virtaa sijaintisi yli!
Koska planeetat ovat lähempänä tähtiä, niiden kokoa voidaan pitää levynä, joka on suurempi kuin tuulen turbulenssin aiheuttama taitekerroin. Siksi ne silmäilevät harvoin tai tekevät sen vain ääriolosuhteissa. Esimerkiksi sekä tähtiä että planeettoja tarkastellaan paljon paksumpien ilmakehän kerrosten läpi, kun ne ovat lähellä horisonttia kuin silloin, kun ne ovat yläpuolella. Siksi molemmat hohtavat ja tanssivat nouseessaan tai laskeutuessaan, koska heidän valonsa kulkee paljon tiheämpien ilmamäärien läpi. Samanlainen vaikutus tapahtuu, kun katsellaan kaukaisia kaupungin valoja.
Tähtitärkeillä öisin näkemämme tuike on teleskoopin avulla suurennettu satoja kertoja. Itse asiassa twinkling voi merkittävästi heikentää näiden välineiden tehokkuutta, koska kaikki havaittavissa olevat ovat kohdistamattomia, satunnaisesti liikkuvia valopilkkuja. Huomaa, että useimmat tähtitieteelliset valokuvat luodaan pitämällä kameran suljinta auki minuutteja tai tunteja. Aivan kuten sinun on muistutettava kohdetta pysymään paikallaan kuvan ottamisen aikana, tähtitieteilijät haluavat, että tähdet pysyvät liikkumattomina, muuten heidän valokuvansa ovat myös leikattuja. Yksi syy siihen, että observatoriat sijaitsevat vuoren huipulla, on vähentää niiden kaukoputkien läpi kulkevaa ilmaa.
Tähtitieteilijät viittaavat ilmakehän turbulenssin vaikutukseen näkeminen. He voivat mitata sen vaikutuksen näkemykseen avaruudesta laskemalla valokuvaustähtien halkaisija. Esimerkiksi, jos tähden kuva voitaisiin ottaa hetkellisellä valotuksella, tähti näyttäisi teoreettisesti olevan yksi valopiste, koska mikään teleskooppi ei toistaiseksi pysty ratkaisemaan tähden todellista levyä. Tähtikuvien ottaminen vaatii kuitenkin pitkän valotuksen, ja kun kameran kaihdin on auki, tuike ja tuike saavat tähtiä tanssimaan ja liikkumaan tarkennuksen ulkopuolelle. Koska sen värähtelyt ovat satunnaisia, tähti pyrkii luomaan pyöreän kuvion, joka on symmetrinen sen todellisen sijainnin kaikilla puolilla keskellä.
Voit osoittaa tämän itse, jos sinulla on hetki ja olet utelias. Jos esimerkiksi otat lyijykynän tai taikamerkin, joka on sidottu lyhyellä narulla nastaan, joka on juuttunut pahvipalaan tai erittäin painavan paperin kappaleeseen, pyyhkäise sitten kirjoituslaitetta noin poistamatta nastaa, ajan mittaan luominen jotain näyttää karkeasti ympyrältä. Pyöreä doodlesi johtaa, koska merkkijono rajoittaa maksimietäisyytesi keskitapista. Mitä pidempi merkkijono, sitä suurempi ympyrä. Tähdet käyttäytyvät tällä tavoin, koska heidän valonsa tallennetaan pitkävalotusvalokuvaan. Hyvä näkyvyys luo lyhyen optisen merkkijonon (huono näkyvyys tekee merkkijonon pidemmäksi), tähden todellisesta sijainnista tulee keskeinen tappi ja tähti käyttäytyy kuin kirjoitusväline, jonka valo jättää jäljen kameran kuvansiirtosirulle. Siten mitä huonompi näkeminen ja enemmän tanssimista tapahtuu valotuksen aikana, sitä suurempi levy lopulliseen kuvaan tulee.
Joten huono näkyvyys aiheuttaa tähtikokojen näkymisen valokuvissa suuremmina kuin hyvän näkyvyyden aikana otettujen. Näkeviä mittoja kutsutaan täysleveydeksi puoliksi maksimi tai FWHM. Se on viittaus parhaaseen mahdolliseen kulmaresoluutioon, joka voidaan saavuttaa optisella instrumentilla pitkällä valotuskuvalla ja joka vastaa tähden koon halkaisijaa. Paras näkyvyys tarjoaa FWHM-halkaisijan, joka on noin piste-neljä (.4) kaarisekuntia. Mutta sinun täytyy sijaita korkealla observatoriossa tai pienellä saarella, kuten Havaiji tai La Palma, saadaksesi tämän. Jopa näissä paikoissa on vain harvoin tällainen erittäin korkealaatuinen näkyvyys.
Amatööri-tähtitieteilijät ovat myös huolissaan näkemisestä. Tyypillisesti amatöörien on sietättävä näkemisolosuhteita, jotka ovat satoja kertoja huonommat kuin etätähtitieteellisistä asennuksista parhaiten havaitut. Se on kuin vertailla hernettä baseballiin äärimmäisissä tapauksissa. Siksi taivaan amatöörivalokuvissa on tähtiä, joiden halkaisija on paljon suurempi kuin ammattimaisissa observatorioissa, etenkin kun takapihan tähtitieteilijät käyttävät kaukoputkia, joiden polttoväli on pitkä. Se voidaan tunnistaa myös laajalla kentällä, lyhyellä polttovälillä, ei-ammattimaisissa kuvissa, kun niitä suurennetaan tai tutkitaan suurennuslasilla.
Amatöörit voivat ryhtyä toimiin parantaakseen näkemistään poistamalla lämpötilaerot paikallisten lämmönlähteiden ja ilman välillä teleskooppien yläpuolella. Esimerkiksi amatöörit valmistavat instrumentit usein ulkopuolelle heti auringonlaskun jälkeen ja antavat niissä olevan lasin, muovin ja metallin tulla saman lämpötilan kuin ympäröivä ilma. Viimeaikaiset tutkimukset ovat myös osoittaneet, että monet näkemisongelmat alkavat juuri kaukoputken pääpeilin yläpuolelta. Ensisijaisen peilin yli kulkevan jatkuvan, hellävaraisen ilmavirran on osoitettu parantavan merkittävästi teleskooppista näkemistä. Estämällä kehon lämmön nouseminen kaukoputken edessä auttaa myös ja laitteen sijoittaminen lämpöystävälliseen sijaintiin, kuten avoin ruohokenttä, voi tuottaa yllättäviä tuloksia. Avoimet sivukopit ovat myös parempia kuin ne, joiden pääpeilit ovat putken alaosassa.
Ammattimaiset tähtitieteilijät näkevät myös parannusstrategioita. Mutta niiden ratkaisut ovat yleensä erittäin kalliita ja työntävät modernin tekniikan kirjekuoren. Esimerkiksi, koska ilmapiiri tuottaa väistämättä huonoa näkyvyyttä, ei enää ole kauas pohtia harkitsemaan kaukoputken asettamista kaukoputkeen sen yläpuolelle. Siksi Hubble-avaruusteleskooppi rakennettiin ja laukaistiin Kap Canaveralista avaruussukkulalle Haastaja huhtikuussa 1990. Vaikka sen ensisijainen peili on halkaisijaltaan vain noin sata tuumaa, se tuottaa terävämpiä kuvia kuin mikä tahansa maapallolla sijaitseva kaukoputki koosta riippumatta. Itse asiassa Hubble-avaruusteleskoopin kuvat ovat vertailukohta, jota vastaan kaikki muut teleskooppikuvat mitataan. Miksi he ovat niin teräviä? Näkyminen ei vaikuta Hubble-kuviin.
Teknologia on parantunut huomattavasti sen jälkeen, kun Hubble-avaruusteleskooppi otettiin käyttöön. Käynnistysvaiheessaan olleiden vuosien aikana Yhdysvaltojen hallitus on poistanut luokituksensa menetelmästään sellaisten vakooja-satelliittien näkyvyyden terävöittämiseksi, jotka pitävät välilehtiä maapallolla. Sitä kutsutaan adaptiiviseksi optiikkaksi ja se on luonut vallankumouksen tähtitieteellisissä kuvissa.
Pohjimmiltaan näkemisen vaikutukset voidaan mitätöidä, jos napautat kaukoputkea tai muutat sen tarkennusta tarkalleen vastakkaiseen suuntaan kuin ilmakehän aiheuttamat nastit. Tämä vaatii nopeita tietokoneita, hienovaraisia servomoottoreita ja optiikkaa, jotka ovat joustavia. Kaikki nämä olivat mahdollisia 1990-luvulla. Huonon näkemisen vaikutusten vähentämiseksi on olemassa kaksi ammatillista perusstrategiaa. Yksi muuttaa ensisijaisen peilin käyrää ja toinen siirtää kameraan päästävää valopolkua. Molemmat luottavat vertailutähden tarkkailuun astronomin havaitseman paikan lähellä ja huomaamalla, kuinka näkeminen vaikuttaa referenssiin, nopeat tietokoneet ja servomoottorit voivat tehdä optisia muutoksia pää teleskooppiin. Uuden sukupolven suuria kaukoputkia on suunnitteilla tai rakenteilla, jotta maapallolla olevat instrumentit voivat ottaa Hubble-teleskoopin kanssa kilpailevia avaruuskuvia.
Yhdessä menetelmässä sadat pienet mekaaniset männät sijoitetaan suhteellisen ohuen ensiöpeilin alapuolelle ja leviävät sen taakse. Jokainen männänvarsi työntää peilin takaosaa niin vähän, että sen muoto muuttuu niin paljon, että havaittu tähti saatetaan takaisin kuolleeseen keskustaan ja täydellisessä tarkennuksessa. Toinen lähestymistapa, jota käytetään ammattimaisilla kaukoputkilla, on vähän vähemmän monimutkainen. Se esittelee pienen joustavan peilin tai linssin, joka sijaitsee lähellä kameraa, jossa valopöytä on suhteellisen pieni ja keskittynyt. Kääntämällä tai kallistamalla pieni peili tai linssi vastakkaisessa suhteessa vertailutähteen tuikeen, näkemisongelmat voidaan poistaa. Kummankin ratkaisun aloittamat optiset säädöt tehdään jatkuvasti koko tarkkailuistunnon ajan ja jokainen muutos tapahtuu sekunnin murto-osassa. Näiden tekniikoiden onnistumisen vuoksi valtavia maalla sijaitsevia kaukoputkia pidetään nyt mahdollisina. Astronomit ja insinöörit kuvailevat kaukoputkia, joiden valonkeruupinnat ovat niin suuria kuin jalkapallokentät!
Mielenkiintoista on, että amatööri-tähtitieteilijöillä on käytössään myös yksinkertainen mukautuva optiikka. Yksi yritys, jonka pääkonttori sijaitsee Kalifornian Santa Barbalassa, pioneeri kehitti yksikköä, joka voi vähentää huonon näön tai väärin kohdistettujen kaukoputken kiinnitysten vaikutuksia. Yrityksen mukautuvat optiikkalaitteet toimivat yhdessä sen tähtitieteellisten kameroiden kanssa ja käyttävät pientä peiliä tai linssiä kuvansiiriin päästävän valon siirtämiseen.
Tähtitieteilijä Frank Barnes III oli myös huolestunut siitä, että näki, kun hän tuotti tämän silmiinpistävän kuvan Cassiopeian tähdistössä sijaitsevasta tähti klusterista ja sumusta. Se on pieni osa sielunormasta, joka nimettiin nimellä IC 1848 julkaisussa J.L.E. Dreyerin maamerkkinä oleva toinen hakemistoluettelo (IC) (julkaistu vuonna 1908 lisäyksenä alkuperäiselle uudelle yleiselle ja ensimmäiselle hakemistolle).
Frank kertoi näkevänsä suotuisasti ja tuotti tähden kokoja, joiden FWHM oli välillä 1,7–2,3 ″ jokaisen hänen kolmenkymmenennen, kolmenkymmenen minuutin valotuksen aikana. Huomaa tähtien koko tässä kuvassa - ne ovat hyvin pieniä ja tiukkoja. Tämä on vahvistus kohtuullisen hyvästä näkemisestä!
Muuten, tämän kuvan värit ovat keinotekoisia. Kuten monet tähtitieteilijät, joita pahoinpideltiin paikallisesta yöaikaisesta valon pilaantumisesta, Frank paljasti kuvat erikoissuodattimien avulla, jotka sallivat vain tiettyjen elementtien lähettämän valon päästä kameransa ilmaisimeen. Tässä esimerkissä punainen edustaa natriumia, vihreä merkitsee vetyä ja sininen osoittaa hapen läsnäolon. Lyhyesti sanottuna tämä kuva ei vain osoita, miltä tämä avaruusalue näyttää, vaan mistä se on tehty.
On myös huomionarvoista, että Frank tuotti tämän upean kuvan 6,3 megapikselin tähtitieteellisellä kameralla ja 16-tuumaisella Ritchey-Chretien-kaukoputkella 2.-4. Lokakuuta 2006.
Onko sinulla kuvia, jotka haluat jakaa? Lähetä he Space Space -lehden astrofotograafiafoorumille tai lähetä sähköpostia heille, ja meillä saattaa olla yksi Space Magazine -lehdessä.
Kirjoittanut R. Jay GaBany
