Teleskop

Dlaczego nie zobaczysz kosmitów przez teleskop?

Nauka
Powiedz o tym znajomym

Czyż nie byłoby wspaniale móc skierować teleskop w dowolne miejsce nieba i poobserwować co dzieje się na innych planetach? Jest tyle światów, na których dziać się muszą rzeczy niesamowite. Fale świetlne przenoszą te informacje przez cały wszechświat. Kiedy stoisz pod bezchmurnym niebem, światło z odległych planet pada wprost na ciebie. Punkty świetlne widoczne na nieboskłonie, to w rzeczywistości ogromne połacie (powierzchnie planet, układy słoneczne, galaktyki). Są tak daleko, że ta ogromna przestrzeń zlewa się w mały, świecący punkt, ukrywając przed nami informacje o tych odległych światach.

Nie ma w tym nic nadzwyczajnego, to po prostu perspektywa. Im coś jest dalej, tym jest mniejsze, a nasze oko ma ograniczoną rozdzielczość i możliwości odczytywania informacji z fal świetlnych, jakie padają na siatkówkę. Soczewka w oku jest ustawiona na takie, a nie inne powiększenie, którego nie zmienimy. Aby powiększyć obraz i zobaczyć więcej szczegółów, potrzebujemy teleskopu.

Tutaj możemy stosować dowolnej wielkości instrumenty optyczne w najróżniejszych konfiguracjach. Obecnie stosowane teleskopy podzielić możemy na refraktory i reflektory. Refraktor to teleskop oparty o soczewki, reflektor zaś działa z użyciem lustra sferycznego. Pierwsze teleskopy składały się z soczewek, których używanie wiązało się z szeregiem problemów. Kiedy światło przechodzi przez szkło, fale świetlne o różnej długości (czyli o różnym kolorze), rozchodzą się z różną prędkością, efekt ten nosi nazwę aberracji chromatycznej. Problem ten uniemożliwiał dostrzeżenie detali przy dużym powiększeniu.

aberracja chromatycznaEfekt aberracji chromatycznej, autor: Stan Zurek, licencja.

Ludzie chcieli sięgać coraz dalej w głąb przestrzeni kosmicznej, aby to osiągnąć potrzebowali coraz silniejszych teleskopów, z dużymi soczewkami. Tutaj pojawił się kolejny problem konstrukcji refrakcyjnych, im większa była soczewka, tym dłuższa musiała być tuba teleskopu. Długa tuba plus ciężka soczewka ulokowana na jej końcu, utrudniała budowanie silnych teleskopów, szukano więc nowego rozwiązania.

Zobacz:  Zaobserwowano rozpad bozonu Higgsa

Odpowiedzią na potrzeby astronomów okazały się lustra sferyczne, z których zaczęto konstruować teleskopy zwierciadlane zwane reflektorami. Wolne od zjawiska aberracji chromatycznej i z lustrem wciąż ciężkim, ale ulokowanym u podstawy teleskopu, co znacznie ułatwiało proces konstrukcji (dużo łatwiej jest, kiedy ciężki element znajduje się na dole).

Dlaczego teleskopy muszą być coraz większe?

Żeby odpowiedzieć na to pytanie, musimy sobie uświadomić, że teleskop zwierciadlany składa się zasadniczo z dwóch elementów optycznych: lustra głównego oraz okularu. To okular, złożony z odpowiedniej konfiguracji małych soczewek, odpowiedzialny jest za powiększanie obrazu. Okulary to nieduże elementy, których nie trzeba powiększać, aby uzyskać większe zbliżenie. Dlaczego zatem budujemy coraz większe urządzenia do obserwacji nieba?

Owszem, moglibyśmy zbudować niewielki teleskop i zastosować w nim ogromne powiększenie, niestety w ten sposób uzyskalibyśmy obraz zamazany i ciemny (stawałby się coraz bardziej rozmazany i coraz ciemniejszy wraz ze zwiększaniem stopnia zastosowanego zoomu). Dlaczego tak się dzieje?

Wpływ wielkości lustra głównego na jasność obrazu, łatwo jest wytłumaczyć. Każda fala świetlna rozchodzi się z punktu we wszystkie kierunki, im więcej tej fali złapiemy za pomocą naszego instrumentu optycznego, tym jaśniejszy będzie obraz. Aby zebrać dużą ilość fal elektromagnetycznych z przestrzeni, musimy posiadać odpowiednio duże lustro. Im większe, tym więcej fal na nie padnie i zostanie skupione w ogniskowej, którą potem soczewki z okularu zamienią na obraz widoczny dla naszego oka lub kamery CCD.

Zobacz:  NASA przyłapana na kłamstwie!

Rozmazanie obrazu, to sprawa trudniejsza do wyjaśnienia. Konsekwencją sposobu w jaki rozchodzą się fale (nie tylko świetlne, ale wszystkie, w tym na przykład fale wodne), jest ich tendencja do „zaginania się” kiedy przechodzą przez przeszkodę. Właściwość tę nazywamy dyfrakcją. Krawędź każdego obiektu, przez jaki przechodzi fala, w pewnym sensie ją dezintegruje i wywołuje taki właśnie efekt. Podobnie rzecz się ma w przypadku krawędzi lustra głównego w teleskopie. Krawędź ta powoduje zagięcie fali świetlnej i rozmazanie obrazu. Im mniejsze lustro, tym bardziej widoczny jest efekt rozmazania.

Zwiększanie powierzchni lustra, minimalizuje efekt dyfrakcji, a jednocześnie zwiększa jasność przechwytywanego obrazu. Dlatego właśnie aby widzieć detale podczas dużego powiększenia, musimy posiadać duże lustro główne w swoim teleskopie.

Latający SpodekLatające spodki, źródło.

Więcej problemów…

Niestety to nie koniec problemów. Nawet jeśli zbudowalibyśmy gigantyczne lustra i mieli idealną optykę, to nasze starania zniweczy atmosfera. Składa się ona z cząsteczek drgającego powietrza, które powodują zmianę trajektorii promieni świetlnych (zaburzają falę elektromagnetyczną). Na szczęście problem ten da się ominąć. Można wysłać teleskop poza atmosferę (co jest trudne i kosztowne) albo użyć aktywnej optyki, która skoryguje efekt atmosferyczny (co też jest trudne i kosztowne, ale nieco mniej i nie rozwiązuje problemu w stu procentach).

Teleskop Hubble'aTeleskop Hubble’a, wysłany poza atmosferę, aby uniknąć rozmazywania obrazu.

Atmosfera to jeden z powodów, dla których teleskopy buduje się w miejscach położonych wysoko nad poziomem morza i w odpowiednim klimacie, gdzie nie występuje duże zachmurzenie. Wysokość terenu ma znaczenie, ponieważ im wyżej jesteśmy, tym atmosfera jest cieńsza. Ważną rolę odgrywa też położenie daleko od świateł miast, które skutecznie zaciemniają niebo. Obecnie w większych miastach prawie nie widać gwiazd, podczas gdy na terenach wiejskich niebo jest nimi zapełnione.

Zobacz:  Huragan ciemnej materii przechodzi właśnie przez Układ Słoneczny

Jesteśmy więc w stanie rozwiązać większość problemów, ale nie efekt dyfrakcji. Tego pozbyć się możemy obecnie tylko budując większe teleskopy.

Rozdzielczość kątowa

Tu właśnie tkwi cały diabeł. Koncepcja ta opisuje zdolność teleskopu, do odseparowania dwóch oddalonych punktów. Istnieje wzór, który pozwala obliczyć jakiej wielkości lustra potrzebujemy, aby dwa odległe punkty, w naszym teleskopie widoczne były jako dwa, a nie jeden piksel. Tylko wtedy będziemy mogli je odróżnić i dostrzec detale, na jakich nam zależy. Brzmi to skomplikowanie, więc uproszczę i powiem wprost. Jeśli masz z tego artykułu zapamiętać tylko jedną rzecz, to zapamiętaj poniższe zdanie:

Aby zobaczyć flagę zostawioną na Księżycu przez Amerykanów (o ile rzeczywiście ona tam jest), potrzebowałbyś teleskopu o średnicy kilkuset metrów.

Flaga Księżyc ApolloAmerykańska flaga na Księżycu.

Teleskop ten musiałbyś na dodatek wysłać poza atmosferę, gdyż nasze obecne techniki korekcji wpływu atmosfery, prawdopodobnie zawiodłyby przy tak dużym powiększeniu. Skoro zobaczenie flagi na bliskim Księżycu wymaga takiego instrumentu, to pomyśl jakiej machiny potrzeba, aby zobaczyć jakieś szczegóły na planetach z innych układów gwiezdnych. Pozostaje jeszcze jeden problem, o którym nie wspomnieliśmy. Gwiazdy centralne w układach są o wiele jaśniejsze od planet, dosłownie je zasłaniając.

Jeśli marzysz o zobaczeniu innych światów, to musisz wynaleźć nową technologię optyczną i przy okazji obalić kilka funkcjonujących teorii fizycznych, bo jak widzisz obecnie jedyną szansą są gigantyczne teleskopy. Jest też drugi sposób, możesz tam polecieć, ale to już temat na inny artykuł.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.