Astronomia observațională
Acest articol sau secțiune despre astronomie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
L „sau astronomia observațională observații astronomice este observarea cerului și a obiectelor cerești în spațiul cosmic , care se poate face la un nivel profesional sau amator, cu sau fără echipamente speciale. Astronomia observațională este o diviziune a științei astronomice care se preocupă de achiziția de date , spre deosebire de astrofizica teoretică care se ocupă în primul rând de descoperirea implicațiilor măsurabile ale modelelor fizice.
Ca știință, astronomia este oarecum îngreunată de faptul că este imposibil să se efectueze experimente directe asupra proprietăților universului îndepărtat. Pe de altă parte, acest lucru este parțial compensat de faptul că astronomii au la dispoziție un număr mare de exemple vizibile de fenomene stelare care pot fi examinate. Acest lucru permite graficarea datelor observaționale, înregistrând astfel tendințele generale.
Exemple din apropiere de fenomene specifice, cum ar fi stelele variabile , pot fi, prin urmare, utilizate pentru a deduce comportamentul a ceea ce este cel mai îndepărtat și, în consecință, aceste criterii de evaluare la distanță pot fi utilizate pentru a măsura alte fenomene din vecinătate, inclusiv distanța unei galaxii .
Observare
Astronomii observă o gamă largă de surse astronomice, cum ar fi galaxii cu redshift ridicat, AGN , fundal cosmic cu microunde (rămășița Big Bang ) și multe tipuri diferite de stele și protostele .
O varietate de date pot fi observate pentru fiecare obiect. Coordonatele de poziție localizează obiectul pe cer folosind tehnici de astronomie sferică , în timp ce magnitudinea determină strălucirea acestuia așa cum apare de pe Pământ . Luminozitatea relativă din diferitele părți ale spectrului oferă informații despre temperatura și fizica obiectului. Fotografiile spectrelor permit examinarea chimiei obiectului.
Deplasările de paralaxă ale unei stele față de fundal pot fi utilizate pentru a determina distanța, dincolo de limita impusă de rezoluția instrumentului. Viteza radială a stelei și schimbările în poziția sa dincolo de timpul de ( mișcare corectă ) pot fi utilizate pentru a măsura viteza relativă a acesteia față de Soare. Variațiile luminozității stelei evidențiază instabilități în atmosfera sa sau poate prezența unui însoțitor ascuns. Orbitele stelelor binare pot fi utilizate pentru a măsura masele relative ale fiecărui însoțitor sau masa totală a sistemului. Binele spectroscopice pot fi găsite observând deplasările Doppler în spectrul stelei și al însoțitorului său vecin.
Stelele cu masă identică formate în același timp și în condiții similare vor avea proprietăți observate în mod particular aproape identice. Privind cu atenție o masă de stele asociate, cum ar fi într-un cluster globular , ne permite să adunăm date privind distribuția tipurilor stelare. Aceste tabele pot fi apoi utilizate pentru a deduce vârsta asociației.
Pentru galaxiile și AGN-urile îndepărtate, se fac observații cu privire la forma și proprietățile lor generale, precum și la grupurile în care se găsesc. Observațiile anumitor tipuri de stele variabile și supernove de luminozitate cunoscută, numite lumânări standard , în alte galaxii, ne permit să deducem distanța față de galaxia gazdă. Extinderea spațiului face ca spectrele acestor galaxii să fie deplasate, pe baza distanței și modificate de efectul Doppler al vitezei radiale a galaxiei. Atât dimensiunea galaxiei, cât și schimbarea acesteia spre roșu pot fi folosite pentru a deduce informații despre distanța galaxiei. Observațiile făcute pe un număr mare de galaxii sunt denumite detecții de redshift și sunt utilizate pentru a descrie evoluția formelor de galaxii.
Observare cu ochiul liber
Observarea cerului cu ochiul liber are un scop pur practic și încântător. În mod necesar, trebuie efectuat în locuri întunecate, departe de sursele de lumină și în medii cât mai libere posibil de dispersiile poluării luminoase . În acest caz, este posibil să se identifice principalele constelații și cele mai strălucitoare obiecte de pe cer, cum ar fi galaxia Andromeda .
Instrumente
Instrumentul cheie al aproape întregii astronomii observaționale moderne este telescopul. Aceasta are un scop dublu: să colecteze multă lumină și să mărească imaginea, astfel încât să poată fi observate obiecte foarte slabe sau mici și îndepărtate. Pentru astronomie optică , componentele optice utilizate într-un telescop au cerințe foarte solicitante, care necesită o precizie mare în construcția lor. Cerințele tipice pentru măcinarea și lustruirea unei oglinzi curbate, de exemplu, necesită ca suprafața să se afle într-o fracțiune a lungimii de undă a luminii cu o anumită formă conică . Multe „ telescoape ” moderne constau în prezent dintr-o serie de telescoape care lucrează împreună pentru a oferi o rezoluție mai mare prin sinteza diafragmei .
Telescoapele mari sunt adăpostite în cupole, pentru a le proteja de intemperii și a stabiliza condițiile de mediu. De exemplu, dacă temperatura este diferită de la o parte a telescopului la cealaltă, forma structurii se va modifica, datorită expansiunii termice , împingând elementele optice în afara poziției lor și afectând imaginea. Din acest motiv, cupolele sunt de obicei alb strălucitor ( dioxid de titan ) sau metal nevopsit. Cupolele sunt deseori deschise spre apus (îndreptat spre vest), cu mult înainte de începerea observației, astfel încât aerul să poată circula aducând întregul telescop la aceeași temperatură externă și condiții de mediu. Pentru a preveni rafalele de vânt sau alte vibrații care afectează observațiile, a devenit acum o practică obișnuită montarea telescopului pe un bloc de beton independent în interiorul cupolei / fundațiilor clădirii.
Pentru a face aproape orice lucrare științifică, telescoapele trebuie să țină evidența obiectelor în timp ce se rotesc de la o parte a cerului vizibil la cealaltă. Cu alte cuvinte, trebuie să compenseze cu ușurință rotația Pământului . Până la apariția mecanismelor de ghidare controlate de computer , soluția obișnuită era o formă de montare ecuatorială , iar pentru telescoapele mici aceasta este încă norma. Cu toate acestea, acesta este structural un design slab și devine din ce în ce mai greoi pe măsură ce diametrul și greutatea telescopului crește. Cel mai mare telescop cu montură ecuatorială din lume este telescopul Hale de 200 inci (5,1 m), în timp ce telescoapele recente de 8-10 m utilizează montura altazimut mai bună din punct de vedere structural și sunt astăzi fizic mai mici decât Hale, în ciuda oglinzilor mai mari. În timp ce din 2006 au fost dezvoltate proiecte pentru telescoape gigantice altazimutale: Telescopul de treizeci de metri [1] și Telescopul copleșitor de mare, cu diametrul de 100 m [2]
Astronomii amatori folosesc instrumente precum telescopul reflectorizant Newtonian , telescopul refractant și telescopul Maksutov din ce în ce mai popular.
Fotografia
Metoda fotografică permite o îmbunătățire suplimentară a observației, permițând în unele cazuri o precizie și o calitate excepționale. În special, cu fotografia este posibil să se obțină imagini de sute de ori mai slabe decât cele percepute de ochiul uman plasat în fața ocularului unui telescop. Fotografia astronomică, sau astrofotografie , astronomie este un domeniu care necesită echipament profesional și experiență.
Fotografia a jucat un rol critic în observația astronomică de peste un secol, dar în ultimii 30 de ani a fost în mare parte înlocuită de aplicații de imagistică , senzori digitali precum CCD-uri și cipuri CMOS . Domeniile specializate ale astronomiei, cum ar fi fotometria și interferometria , folosesc detectoare electronice pentru o perioadă mult mai lungă de timp. Astrofotografia folosește un film fotografic special (sau de obicei un obiectiv plat acoperit cu emulsie fotografică), dar există o serie de dezavantaje, în special eficiență cuantică scăzută, de ordinul a 3%, unde CCD-urile pot fi sincronizate cu un „ QE > 90% într-o bandă limitată. Majoritatea instrumentelor din telescopul modern sunt dispozitive electronice, iar telescoapele mai vechi au fost fie adaptate cu aceste instrumente, fie eliminate complet. Lentilele plate sunt încă utilizate în unele aplicații, cum ar fi topografia, deoarece rezoluția posibilă cu un film chimic este mult mai mare decât orice alt detector electronic construit până acum.
Toată astronomia , înainte de invenția fotografiei, se făcea cu ochiul liber. Cu toate acestea, chiar înainte ca filmele să devină într-adevăr suficient de sensibile, astronomia științifică sa mutat în întregime pe film , datorită avantajelor incontestabile:
- Ochiul uman aruncă ceea ce vede de la o fracțiune de secundă la o fracțiune de secundă, dar filmul fotografic colectează din ce în ce mai multă lumină, indiferent de cât timp este deschis obturatorul .
- Imaginea rezultată este permanentă, așa că mulți astronomi pot folosi (și discuta mai sus!) Aceleași date.
- Obiectele pot fi văzute pe măsură ce se schimbă în timp ( SN 1987A este un exemplu spectaculos).
Comparatorul intermitent
Comparatorul intermitent este un instrument care este folosit pentru a compara două fotografii aproape identice făcute în aceeași secțiune a cerului în momente diferite de timp. Comparatorul alternează iluminarea celor două plăci și fiecare schimbare este dezvăluită de puncte sau linii intermitente. Acest instrument a fost folosit pentru a găsi asteroizi , comete și stele variabile .
Micrometrul de sârmă de poziție
Micrometrul de poziție (sau micrometru cu sârmă încrucișată) este un instrument care a fost utilizat pentru măsurarea stelelor duble . Se compune din câteva benzi mobile subțiri care pot fi deplasate împreună sau separat. Lentilele telescopului sunt aliniate pe pereche și orientate folosind firele de poziție care se află în unghi drept la separarea stelelor. Firele în mișcare sunt apoi adaptate pentru a compara cele două poziții ale stelei. Separarea stelelor este apoi citită pe instrument și separarea lor reală este determinată pe baza măririi sale.
Spectroscopul
Un instrument vital al astronomiei observaționale este spectrograful . Absorbția lungimilor de undă specifice ale luminii din elemente vă permite să observați proprietățile specifice ale corpurilor îndepărtate. Această abilitate este derivată din descoperirea heliului în spectrul de emisii al Soarelui și a permis astronomilor să determine o cantitate mare de informații referitoare la stele îndepărtate, galaxii și alte corpuri cerești. Deplasarea Doppler (în special „ deplasarea spre roșu ”) a spectrelor poate fi de asemenea utilizată pentru a determina mișcarea radială sau distanța față de Pământ .
Primele spectrografe au folosit rânduri de prisme al căror scop era să separe lumina într-un spectru larg. Mai târziu a fost dezvoltat „ spectrograful cu zăbrele ”, care a redus cantitatea de pierdere de lumină în comparație cu prismele, oferind în același timp o rezoluție spectrală mai mare. Spectrul poate fi fotografiat cu o expunere îndelungată, permițând măsurarea obiectelor slabe (cum ar fi galaxiile îndepărtate).
Fotometrie stelară
Fotometria stelară a intrat în uz în 1861 ca unul dintre mijloacele de măsurare a culorilor stelare . Această tehnică a măsurat magnitudinea unei stele în câmpuri de frecvență specifice, permițând determinarea culorii generale și, prin urmare, a temperaturii acesteia. Din 1951 a fost adoptat un sistem standardizat la nivel internațional de mărimi UBV ( U ltraviolet- B lue- V isual).
Fotometria fotoelectrică folosind CCD este acum frecvent utilizată pentru observarea telescopului. Aceste instrumente sensibile pot înregistra imaginea aproape la nivelul fotonilor individuali și pot fi proiectate pentru a observa părți ale spectrului care sunt invizibile pentru ochiul uman. Capacitatea de a înregistra sosirea unui număr mic de fotoni pe o perioadă de timp poate permite un grad de corecție de calcul pentru efectele atmosferice, de camuflare a imaginii. Mai multe imagini digitale pot fi, de asemenea, combinate pentru a îmbunătăți și mai mult imaginea. Atunci când este combinată cu tehnologia optică adaptivă , calitatea imaginii poate aborda capacitatea de rezoluție teoretică a telescopului.
Filtrele optice sunt utilizate pentru a observa un obiect la anumite frecvențe sau intervale de frecvențe. Filtrele pentru filmul multistrat pot oferi un control foarte precis al frecvențelor transmise și blocate, astfel încât, de exemplu, obiectele să poată fi văzute la o anumită frecvență emisă numai prin atomii excitați de hidrogen . Filtrele pot fi folosite și pentru a compensa parțial efectele poluării luminoase prin prevenirea luminii nedorite. Filtrele de polarizare pot fi, de asemenea, utilizate pentru a determina dacă o sursă emite lumină polarizată și orientarea polarizării.
Telescoape
Utilizarea unui telescop vă permite să observați obiecte slabe cu rezoluție de sute de ori mai mare decât cu ochiul liber. În acest fel este posibil să observăm planetele și suprafețele lor, detaliile suprafeței lunii , nebuloasele , grupurile de stele , galaxiile etc.
Galileo Galilei a fost prima persoană cunoscută care a îndreptat un telescop spre cer și a înregistrat ceea ce a văzut. De atunci, astronomia observațională a progresat constant cu fiecare rafinament tehnologic al telescopului.
O diviziune tradițională a astronomiei observaționale este dată de câmpul spectrului electromagnetic observat:
- Astronomia optică este partea astronomiei care folosește componente optice (oglinzi, lentile și detectoare) pentru a observa lumina de la lungimile de undă aproape de infraroșu la aproape ultraviolete. Astronomia luminii vizibile (folosind lungimi de undă care pot fi detectate cu ochiul liber, aproximativ 400-700 nm ) se află chiar în mijlocul acestui câmp.
- Astronomia în infraroșu se ocupă cu detectarea și analiza radiației infraroșii (aceasta se referă, în general, la lungimi de undă care nu depășesc limita de detecție a detectoarelor de stare solidă din siliciu , cu o lungime de undă de aproximativ 1 . Cel mai comun instrument este telescopul reflectorizant, dar cu un detector sensibil la lungimea de undă în infraroșu. Telescoapele spațiale sunt utilizate pentru anumite lungimi de undă în care atmosfera este opacă sau pentru a elimina perturbarea radiației termice emanate din atmosferă.
- Radioastronomia dezvăluie radiații care au o lungime de undă variind de la milimetru la decametru. Receptoarele sunt similare cu cele utilizate în transmisiile radio, dar mult mai sensibile. Vezi și radiotelescoape .
- Astronomia cu energie ridicată include astronomie cu raze X , astronomie cu raze gamma și, în cele din urmă, astronomie cu ultraviolete , precum și studierea neutrinilor și a razelor cosmice .
Astronomia optică și radioastronomia pot fi realizate prin observatoare terestre, deoarece atmosfera este relativ transparentă față de lungimile de undă detectate. Observatoarele sunt de obicei situate la altitudini mari pentru a reduce la minimum absorbția și distorsiunea cauzată de atmosfera Pământului. Unele lungimi de undă ale luminii în infraroșu sunt puternic absorbite de vaporii de apă , așa că multe observatoare cu infraroșu sunt situate în locuri uscate la altitudini mari sau în spațiu.
Atmosfera este opac la lungimile de undă folosite de X -ray astronomie , raze gama astronomie, astronomie ultraviolete și ( cu excepția câtorva „ferestre“ de lungimi de undă ) astronomiei la distanță cu infraroșu , astfel , observațiile trebuie să fie făcute în principal de baloane sau observatori spațiu. Cu toate acestea, razele gamma puternice pot fi detectate de cascadele atmosferice mari și extinse pe care le produc. Studiul razelor cosmice este o ramură a astronomiei care se extinde rapid.
Telescoape optice
Observația, în istoria astronomiei observaționale, pentru o lungă perioadă de timp a fost efectuată aproape în întregime în spectrul vizual cu telescoape optice . În timp ce atmosfera Pământului este relativ transparentă în această porțiune a spectrului electromagnetic , cele mai multe lucrări ale telescopului sunt încă dependente de condițiile de vedere și de transparența aerului și, în general, sunt limitate la noapte. Condițiile de vizibilitate depind de turbulență și de variațiile termice atmosferice. Site-urile care sunt frecvent tulbure sau afectate de turbulențe atmosferice limitează rezoluția observațiilor. În mod similar, prezența lunii pline poate ilumina cerul cu lumină difuză, împiedicând observarea obiectelor care în sine nu sunt foarte perceptibile.
În scopuri de observare, cel mai bun loc pentru un telescop optic este fără îndoială spațiul cosmic . Acolo telescopul poate face observații fără a fi deranjat de atmosfera Pământului . Cu toate acestea, în prezent este scump trimiterea telescoapelor pe orbită . În consecință, în următorul loc al doilea, cele mai bune locuri sunt niște vârfuri montane care au multe zile senine și, în general, condiții meteorologice bune (cu condiții bune de vizibilitate). Vârfurile insulelor Mauna Kea ( Hawaii ) șiLa Palma posedă aceste proprietăți și, într-o măsură mai mică, situri interioare precum Llano de Chajnantor , Paranal , Cerro Tololo și La Silla din Chile . Au fost implantate matrici puternice de telescoape în aceste locuri, cu o investiție totală de multe miliarde de dolari SUA.
Întunericul cerului nocturn este un factor important în astronomia optică . Orașele mari și zonele populate din ce în ce mai extinse cresc cantitatea de lumină artificială pe timp de noapte. Această lumină artificială produce o iluminare difuză a fundalului, permițând o observare foarte dificilă, cu caracteristici astronomice slabe, fără ajutorul unor filtre speciale. Din acest motiv, în unele locuri, cum ar fi Arizona și Regatul Unit , se desfășoară campanii de reducere a poluării luminoase . Utilizarea ecranelor în jurul luminilor stradale nu numai că îmbunătățește cantitatea de lumină direcționată spre sol, ci ajută și la reducerea luminii direcționate spre cer.
Efectele atmosferice ( văzând ) pot împiedica grav rezoluția unui telescop. Fără unele mijloace de corectare a efectului de estompare datorat atmosferei volubile, telescoapele mai mari cu deschideri de aproximativ 15-20 cm nu pot atinge rezoluția teoretică la lungimi de undă vizibile. Prin urmare, se dovedește că primul avantaj al utilizării telescoapelor foarte mari se datorează îmbunătățirii capacității de colectare a luminii, permițând observarea unor magnitudini foarte slabe. Cu toate acestea, handicapul de rezoluție începe să fie depășit de optică adaptivă , imagistică speckle și imagistică interferometrică , precum și prin utilizarea telescoapelor spațiale.
Astronomii au o serie de instrumente de observare pe care le pot folosi pentru a face măsurători ale cerului. Pentru obiectele care sunt relativ apropiate de Soare și Pământ , se pot face măsurători directe și foarte precise ale pozițiilor pe un fundal mai îndepărtat (și din această cauză, departe de staționar). Primele observații de această natură au fost folosite pentru a dezvolta modele orbitale foarte precise ale diferitelor planete, determinând masele respective și perturbările gravitaționale. Aceste măsurători au dus la descoperirea planetelor Uranus , Neptun și (indirect) Pluto . Din ele a derivat și o presupunere eronată despre o planetă imaginară Vulcan pe orbita lui Mercur (dar explicația lui Einstein asupra precesiunii orbitei lui Mercur este considerată unul dintre triumfurile teoriei relativității generale ).
Alte instrumente
Pe lângă inspectarea universului prin spectrul optic , astronomii au putut din ce în ce mai mult să dobândească informații din alte porțiuni ale spectrului electromagnetic . Primele măsurători non-optice au fost făcute în ceea ce privește proprietățile termice ale Soarelui. Instrumentele folosite în timpul unei eclipse ar putea fi utilizate pentru a măsura radiația emisă de coroană .
Odată cu descoperirea undelor radio, radioastronomia a început să apară ca o nouă disciplină din astronomie. Lungimile de undă lungi ale undelor radio au necesitat vase colectoare mult mai potrivite ( antene parabolice ) pentru realizarea de imagini cu rezoluție bună și au condus ulterior la dezvoltarea interferometrelor cu mai multe antene pentru realizarea de imagini radio (sau „hărți radio”) la rezoluție înaltă sinteza diafragmei . Dezvoltarea antenei de recepție cu microunde a dus la descoperirea radiației cosmice de fond cu microunde asociată cu big bang-ul .
Radioastronomia a continuat să-și extindă capacitățile, folosind și sateliți radioastronomici pentru a produce interferometre cu linii de bază mult mai largi decât dimensiunea Pământului . Cu toate acestea, utilizarea în continuă expansiune a spectrului radio pentru alte utilizări cuprinde treptat semnalele radio slabe de la stele. Din acest motiv, radioastronomia viitorului poate fi realizată în zone protejate, cum ar fi partea îndepărtată a Lunii .
Ultimii ani ai secolului XX au cunoscut progrese tehnologice rapide în instrumentarea astronomică. Telescoapele optice au început să devină din ce în ce mai mari, folosind optică adaptivă pentru a elimina cel puțin parțial ofuscarea atmosferică. Noi telescoape au fost lansate în spațiu și universul a început să fie observat în părți ale spectrului electromagnetic, în infraroșu , ultraviolete , raze X și raze gamma , precum și raze cosmice au început să fie observate. Aparatele de înaltă rezoluție interferometrică au produs primele imagini folosind sinteza diafragmei în lungimi de undă radio , infraroșu și optic . Instrumentele orbitante precum Telescopul Spațial Hubble au produs progrese rapide în cunoștințele astronomice, funcționând ca animale de lucru în observarea luminii vizibile a obiectelor cosmice slabe. Se așteaptă ca noile instrumente spațiale aflate în curs de dezvoltare să poată observa direct planetele din jurul altor stele și poate chiar în unele lumi similare Pământului nostru.
Pe lângă telescoape, astronomii au început să folosească alte instrumente pentru a face observații. Au fost construite rezervoare uriașe subterane pentru a detecta emisia de neutrini de la Soare și supernove . Detectoarele de unde gravitaționale au fost proiectate pentru a putea capta evenimente precum coliziuni de obiecte masive, cum ar fi stelele de neutroni . Vehiculele robotului spațial sunt, de asemenea, din ce în ce mai utilizate pentru a face observații extrem de detaliate ale planetelor din sistemul solar , astfel încât domeniul științei planetare are acum puncte comune importante cu discipline precum geologia și meteorologia .
Imaginea digitală
Negli ultimi anni si è sviluppato, oltre alla fotografia, l'uso dei CCD e di altri dispositivi digitali quali fotocamere e webcam , per la ripresa e l'osservazione degli oggetti celesti al telescopio. L'evoluzione, rispetto l'osservazione fotografica, è di miglioramento della precisione, ma soprattutto della sensibilità del supporto sensibile.
Note
- ^ ( EN ) TMT: sito ufficiale , su tmt.org .
- ^ The ESO 100-m OWL optical telescope concept , su www.eso.org . URL consultato l'11 novembre 2017 .
Voci correlate
- Telescopio ottico
- Telescopio spaziale
- Osservatorio astronomico
- Astronomia a raggi X
- Astronomia a raggi gamma
Altri progetti
-
Wikibooks contiene testi o manuali di osservazione astronomica -
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su osservazione astronomica
