Spis treści. 1. Astronomia dawniej i dziś

Transkrypt

1 Spis treści Od autora Wstęp Astronomia dawniej i dziś Jak ewoluował wszechświat? Podstawowe pojęcia i definicje Najwięksi mistrzowie i ich osiągnięcia Astronomia i nauki pokrewne Światło, więcej światła! Jak działa teleskop? Ile gwiazd widzisz? Zdolność rozdzielcza teleskopu Jak wyrazić jasność gwiazd, czyli co to jest wielkość gwiazdowa? Zasięg i powiększenie teleskopu astronomicznego Co potrafi światłoczuły teleskop? Układy optyczne i ich wady Zafałszowane kolory, czyli jak powstaje tęcza (aberracja chromatyczna) Problem z ostrością (aberracja sferyczna) Gdy gwiazdy przypominają przecinki (koma) Obraz w krzywym zwierciadle (dystorsja) Zaburzenia symetrii (astygmatyzm) Narzędzia do obserwacji Teleskop astronomiczny w skrócie Na początku były soczewki Pierwsze zwierciadła Konstrukcje zwierciadlano-soczewkowe (katadioptryczne) Poza osią też jest ciekawie Nie(d)oceniona lornetka Jak dbać o sprzęt optyczny?

2 5. Na drugim końcu teleskopu, czyli rzecz o okularach astronomicznych Jakie ogniskowe? Panoramiczne widoki, czyli podstawa to pole widzenia Coś dla okularników Ile cali? Co z tą ostrością? Okular okularowi nierówny Jak poprawnie zamontować teleskop? Montaże ich wady i zalety Lunetka biegunowa Dokładność i jeszcze raz dokładność Mechanizm zegarowy Jeśli XXI wiek, to musi być komputer! Niezbędnik obserwatora, czyli pożyteczne narzędzia i przydatne akcesoria Dla zdrowia pleców i szyi Soczewka Barlowa Telekompresor Z teleskopem na Słońce filtry Odraszacz Widzieć w trójwymiarze specjalna nasadka Przydatne drobnostki Jak zaprojektować obserwatorium astronomiczne? Lokalizacja Odsuń dach i patrz Kopuła astronomiczna Kilka ważnych czynników Słoneczna rodzina Odliczanie przed startem Ku gwieździe centralnej Ku planetom na skróty Siódmy kontynent Ziemi Skarlałe planety i jeszcze mniejsze planetki

3 Głowy z warkoczami wśród spadających gwiazd Słońce i Księżyc w gabinecie cieni Odległy kosmiczny ocean Katalogi gwiazd, czyli jak to wszystko ogarnąć Karły, olbrzymy i nadolbrzymy Gwiezdne rodzeństwa Gromady gwiazd Gwiazda zmienną jest Mgławice Galaktyki i ich gromady Te, które nigdy nie zachodzą Wiosna, ach, to ty! Towarzysze letnich wypraw Jesienne skarby Zimowe zauroczenia Dziesięć najczęstszych pytań do eksperta Słowniczek Polskie Towarzystwo Miłośników Astronomii (PTMA) Lista planetariów w Polsce Polskie obserwatoria, instytuty i centra astronomiczne Źródła uzupełniające wiedzę o astronomii Wybrana literatura astronomiczna Polskie i zagraniczne czasopisma poświęcone astronomii i innym naukom przyrodniczym Polskie centra i ogrody nauki oraz interaktywne wystawy o nauce i technice Przydatne zasoby internetowe

4 Astronomia bez tajemnic. Poznaj fascynujący świat planet i gwiazd Głowy z warkoczami wśród spadających gwiazd Komety dla wielu miłośników astronomii to najpiękniejsze ciała niebieskie. Różnorodność kształtów, nieprzewidywalność i kapryśność to ich immanentne cechy. Komety od tysiącleci zajmują poczesne miejsce w ludzkiej kulturze. Dawniej traktowane były jako zwiastuny nieszczęść bądź przełomowych momentów w historii wielkich mocarstw. Stopniowy rozwój wiedzy przyniósł jednak rzetelne badania komet. Dziś już wiadomo, że są to kilku kilkunastokilometrowej średnicy brudne zlepki skał, lodu wodnego i zestalonego dwutlenku węgla, pyłu i domieszek różnych innych substancji. Spadają w kierunku Słońca z potężnego rezerwuaru miliardów komet znajdującego się w obłoku Oorta, na peryferiach Układu Słonecznego. Część z nich to komety okresowe, które co kilka, kilkanaście, kilkaset lub kilka tysięcy lat pojawiają się ponownie w okolicach gwiazdy centralnej. Zdecydowana jednak większość komet to komety jednopojawieniowe. Rys. 13. Orbita komety 106

5 Rozdział 9. Słoneczna rodzina Ciekawostka Wśród związków chemicznych odkrytych w kometach są też proste związki organiczne. Jedna z teorii powstania życia na Ziemi zakłada, że w odległej przeszłości nasza planeta była intensywnie bombardowana przez niezliczone komety. To one dostarczyły podstawowego budulca materii, która wyewoluowała w biologiczne życie. Kometa daleko w kosmicznych odmętach przypomina zwykłą planetoidę bryłę skalną o nieregularnych kształtach. Zbliżając się do Słońca, zaczyna jednak sublimować, a wokół niej powstaje rozległa otoczka zwana głową. Im bliżej gwiazdy, tym robi się cieplej. Formuje się charakterystyczny gazowy warkocz kometarny w kierunku odsłonecznym, co związane jest z ciśnieniem wiatru słonecznego. Z jądra komety wydobywają się też cięższe cząsteczki pyłów, które tworzą warkocz pyłowy, o kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu komety. Po przejściu przez punkt najbliższy Słońcu kometa zaczyna się od niego oddalać, a wszelkie atrybuty jej wspaniałego wyglądu stopniowo zanikają. Ciekawostka Niektóre komety były tak jasne i potężne, że można je było obserwować nawet w dzień. W ostatnich latach wyjątkowo spektakularne były pojawienia się komet Hale a-boppa, Hyakutake, Ikeya-Zhanga, Machholza, McNaughta i kilku innych, doskonale widocznych gołym okiem na wieczornym niebie. Zasoby internetowe są pełne wspaniałych fotografii tych kosmicznych przybyszów. Do obserwacji komet wystarczy zwykła lornetka o małym powiększeniu lub takiż światłosilny teleskop. Jako że większość komet to obiekty słabo widoczne, średnica instrumentu może mieć tu podstawowe znaczenie. Portale astronomiczne informują na bieżąco o nowo odkrywanych kometach i warunkach ich widoczności na długo przed przejściem przez peryhelium, nie powinno być zatem kłopotu z odpowiednim przygotowaniem się do obserwacji. Poza wizualnym studium komety można pokusić się o wykonanie jej fotografii. Będzie to wspaniała pamiątka, zwłaszcza że może to być jedyne pojawienie się głowy z warkoczem. Ciekawostka Wielu miłośników astronomii poświęca się poszukiwaniu i odkrywaniu nowych komet. Robią to na dwa sposoby. Jedni po prostu przeszukują systematycznie niebo w nadziei zaobserwowania mglistego obiektu, który wolno przemieszcza się na tle gwiazd. Drudzy biorą udział w specjalnych programach naukowych, w których profesjonalne fotografie z sond kosmicznych i teleskopów udostępniane są w Internecie, a zadaniem poszukiwacza jest wskazywanie na nich obiektów, które mogą być kometami. W naszym kraju niekwestionowanym liderem w takich łowach jest Michał Kusiak, odkrywca ponad 100 komet! Komety nie są wieczne. Z każdym obiegiem wokół Słońca tracą dużą część swojego budulca, który rozsiany wzdłuż orbity krąży tak przez długie lata. Czasem Ziemia w trakcie swojego ruchu obie- 107

6 Astronomia bez tajemnic. Poznaj fascynujący świat planet i gwiazd gowego natknie się na takie kometarne pozostałości, co przejawia się wzmożoną liczbą rejestrowanych meteorów, czyli spadających gwiazd. Roje meteorów są bezpośrednią pozostałością po kometach i rozdrobnionych planetoidach. Obserwacje meteorów, wyznaczanie tzw. radiantu roju, czyli punktu na sferze niebieskiej, z którego zdają się wybiegać, pomagają obliczyć orbitę ciała macierzystego. Stąd wiadomo, które komety dały początek konkretnym rojom. To bardzo ciekawa dziedzina astronomii i naprawdę warto spróbować swoich sił w tych kształcących obserwacjach. Lista wybranych aktywnych rojów meteorów (opracowanie na podstawie zestawienia Pracowni Komet i Meteorów, Lp. Nazwa Okres aktywności Prędkość (kilometry na sekundę) Ilość zjawisk w ciągu godziny* 1 Bootydy Czerwcowe zmienna 2 Coma Berenicydy Drakonidy zmienna 4 Geminidy Kwadrantydy Leo Minorydy Leo Minorydy Grudniowe Leonidy Lirydy Monocerotydy Orionidy Perseidy Perseidy Wrześniowe Taurydy Południowe Taurydy Północne Ursydy α-aurygidy α-capricornidy α-monocerotydy zmienna 20 δ-akwarydy Południowe δ-aurygidy ε-geminidy η-akwarydy η-lirydy κ-cygnidy σ-hydrydy * Liczba teoretyczna przy założeniu, że radiant roju znajduje się w zenicie i istnieje możliwość obserwowania każdego pojedynczego zjawiska

7 Rozdział 9. Słoneczna rodzina Niezmiernie interesujące efekty można osiągnąć w dziedzinie fotografowania meteorów. Jako ćwiczebny warto wybrać sobie jeden z aktywnych rojów, takich jak np. sierpniowe Perseidy. Ciepłe noce sprzyjają długim obserwacjom, toteż uzbrojeni w lustrzankę cyfrową na statywie, wyposażoną w krótkoogniskowy obiektyw, wybierzmy się poza miasto, rozbijmy mały obóz i skierujmy aparat w stronę gwiazdozbioru Perseusza. Otwórzmy migawkę na czas B i cierpliwie czekajmy na spadające gwiazdy. Te najjaśniejsze powinny po kilkunastu minutach uwiecznić się w postaci śladów przecinających łuki gwiazd, które w taki sposób zarejestrowały się podczas ekspozycji nieruchomym aparatem. Gdy będziemy mieli szczęście, a rój okaże się wyjątkowo obfity, w jednym kadrze powinien znaleźć się więcej niż jeden ślad. Na podstawie takiego materiału można łatwo wyznaczyć współrzędne radiantu. Słońce i Księżyc w gabinecie cieni W starożytności zjawiska zaćmień wykorzystywane były często w cyniczny sposób do kontrolowania ludności, zastraszania jej przez kapłanów, którzy sugerowali gniew bogów. Nieznajomość wśród ludu faktycznego mechanizmu powstawania zaćmień była idealnym narzędziem socjotechnicznym dla garstki oświeconych. Dziś już nikt nie obawia się boskiej kary, a liczne ekspedycje do miejsc, gdzie spodziewane jest zaćmienie Słońca, stały się normalnym turystycznym biznesem. Prawdą jest bowiem, że to jedno z najpiękniejszych zjawisk, jakimi uraczyła nas przyroda. Świadomość, że stojąc na Ziemi, w tej jednej chwili znajdujemy się dokładnie na linii ze Słońcem i Księżycem, czyni te chwile tak niepowtarzalnymi i głęboko zapadającymi w pamięć. Ciekawostka Niezwykły zbieg okoliczności sprawił, że Księżyc, który zakrywa tarczę słoneczną podczas całkowitego zaćmienia Słońca, jest tyle razy mniejszy od Słońca, ile razy jest położony bliżej Ziemi niż ono. Stąd bierze się zgodność średnic kątowych obu ciał niebieskich. Zaćmienie Słońca zachodzi tylko w czasie nowiu, kiedy Księżyc znajduje się pomiędzy Ziemią a Słońcem. Muszą jednak zaistnieć odpowiednie warunki, aby doszło do zaćmienia. Ze względu na niewielkie nachylenie orbity Księżyca do płaszczyzny orbity ziemskiej nie obserwuje się zaćmienia Słońca regularnie raz na miesiąc podczas nowiu, ale znacznie rzadziej. Chodzi o to, aby w momencie nowiu Księżyc znalazł się w jednym z węzłów swojej orbity, tj. w punkcie, w którym przecina ona płaszczyznę orbity ziemskiej. To w szczególnych latach może nastąpić maksymalnie pięć razy, choć nigdy nie będzie to pięć zaćmień całkowitych. Kilka będzie zaćmieniami częściowymi. Ciekawostka Długość trwania całkowitych zaćmień Słońca waha się w zależności od położenia Ziemi i Księżyca na ich orbitach. Jak wiadomo, są one lekko spłaszczonymi elipsami, a zatem widoma średnica kątowa Słońca i Księżyca się zmienia. Idąc tym tropem, łatwo wyobrazić sobie idealne warunki do zajścia długiego zaćmienia Słońca Ziemia blisko aphelium, gdy średnica kątowa Słońca jest najmniejsza, natomiast Księżyc blisko perygeum, kiedy 109

8 Astronomia bez tajemnic. Poznaj fascynujący świat planet i gwiazd ma największe rozmiary kątowe. Te najdłuższe zaćmienia mogą trwać nawet do 8 minut! Czasem, jeśli do zaćmienia dochodzi, gdy tarcza Księżyca jest mniejsza kątowo od tarczy słonecznej, występuje tzw. zaćmienie obrączkowe. Obserwacja całkowitego zaćmienia Słońca wiąże się z niesamowitymi wrażeniami. W trakcie fazy całkowitej dzień zamienia się w noc, pojawiają się gwiazdy, temperatura spada nawet o kilkanaście stopni. Przyroda ożywiona zdaje się zupełnie zdezorientowana, zwłaszcza ptaki, którym ktoś po prostu wyłączył światło. Milkną wtedy, niektóre wręcz siadają oszołomione na ulicach. W efemerydach zaćmień warto sprawdzić, w którym miejscu nastąpi najbliższe zaćmienie, i postarać się choć raz w życiu doświadczyć obserwacji tego fenomenu. Trzeba zawsze pamiętać o odpowiednim zabezpieczeniu oczu, gdyż bezpośrednia obserwacja słonecznego dysku może być niebezpieczna dla wzroku. Rys. 14. Zaćmienie Słońca. Księżyc rzuca cień na powierzchnię Ziemi 110

9 Rozdział 9. Słoneczna rodzina Najbliższe całkowite zaćmienia Słońca (wliczając zaćmienia obrączkowe) Data Rodzaj Czas trwania fazy całkowitej całkowite 2:47 Region Atlantyk, Wyspy Owcze, Svalbard, biegun północny całkowite 4:09 Indonezja, Ocean Spokojny obrączkowe 3: obrączkowe 0: całkowite 2: całkowite 4: obrączkowe 3: obrączkowe 0: całkowite 2:10 Afryka Środkowa, Madagaskar, Reunion, Ocean Indyjski południowe Chile i Argentyna, Atlantyk, Angola Ocean Spokojny, Stany Zjednoczone, Atlantyk południowy Ocean Spokojny, Chile, Argentyna Katar, Zjednoczone Emiraty Arabskie, Oman, Indie, Sri Lanka, Indonezja Afryka Środkowa, Półwysep Arabski, Pakistan, Indie, Tybet, Chiny, Tajwan południowy Ocean Spokojny, Chile, Argentyna, południowy Atlantyk obrączkowe 3:51 Kanada, Grenlandia, Rosja całkowite 1:54 Antarktyda obrączkowe 5:17 Stany Zjednoczone, Kolumbia, Brazylia całkowite 4:28 Meksyk, Stany Zjednoczone, Kanada obrączkowe 7:25 Chile, Argentyna Całkowite zaćmienia Słońca mogą być obserwowane tylko z wąskiego pasa o szerokości do 270 kilometrów i długości do kilku tysięcy kilometrów. Stąd też wrażenie, że są to zjawiska niezmiernie rzadkie, a dla jednego miejsca na Ziemi wręcz niepowtarzalne. Inaczej jest z zaćmieniami Księżyca, które mogą być obserwowane praktycznie z całej półkuli tam, gdzie satelita znajduje się ponad horyzontem. W przeciwieństwie do zaćmień Słońca te zachodzą tylko podczas pełni, gdy Księżyc znajduje się po przeciwnej stronie Ziemi niż Słońce. Podobnie też musi znajdować się w pobliżu węzła orbity. Zaćmienia Księżyca są znacznie dłuższe, a to dlatego że stożek cienia rzucanego przez naszą planetę w pobliżu satelity ma ponad 9 tysięcy km średnicy, co ponad dwukrotnie przekracza średnicę Srebrnego Globu. 111

10 Astronomia bez tajemnic. Poznaj fascynujący świat planet i gwiazd Najbliższe całkowite i częściowe zaćmienia Księżyca Data Początek zaćmienia częściowego* Początek zaćmienia całkowitego Rodzaj Koniec zaćmienia całkowitego :15 10:25 całkowite 11:25 13: :16 11:54 całkowite 12:06 15: :07 2:11 całkowite 3:24 5: :22 częściowe 20: :48 12:52 całkowite 14:08 16: :24 19:30 całkowite 21:14 23: :34 4:41 całkowite 5:44 7: :01 częściowe 0: :45 11:10 całkowite 11:28 12: :18 częściowe 10: :27 3:28 całkowite 4:54 5: :09 10:16 całkowite 11:42 12: :34 częściowe 20:54 * Wszystkie czasy podane według uniwersalnego czasu kodowanego (UTC). Koniec zaćmienia częściowego Rys. 15. Zaćmienie Księżyca. Księżyc znajduje się w cieniu Ziemi 112

11 Rozdział 9. Słoneczna rodzina Ciekawostka Zaćmienia Księżyca mogą być wyjątkowo ciemne wtedy nasz satelita może całkiem zniknąć z nieboskłonu na prawie 2 godziny. Większość zaćmień Księżyca sprawia jednak, że jego tarcza przybiera złowrogie krwistoczerwone zabarwienie. Widok jest doprawdy wspaniały, a i sposobność do wykonania pięknych fotografii niepowtarzalna. Warto też za pomocą teleskopu obserwować, jak kolejne struktury powierzchni Księżyca zanurzają się w cieniu rzucanym przez Ziemię. 113

12 Słońce wraz z planetami. Wiernie oddane proporcje wielkości globów, odległości umowne. ( Andrea Danti) Radioteleskop pomaga obserwować wszechświat w zakresie fal radiowych. ( David Woods) Wielkie kosmiczne katastrofy niejednokrotnie miały wpływ na oblicze Ziemi. ( sdecoret)