2. Astronomska pomagala

2.1. Uvod

Pojavom teleskopa odagnali su se mnogi strahovi prema “misterioznim pojavama” na nebeskom svodu. Stoljećima, pa čak i tisućljećima ljudi su im pripisivali nadnaravne moći, određenim postavama zvijezda davali božanska imena, smatrali da ih besmrtni bogovi promatraju s dalekih nebeskih visina i da im o njihovoj volji ovise životi. Prinosili su im žrtve, kako bih udobrovoljili, i mnogima je smisao života bila udovoljiti božanskim zahtjevima. Ipak, godine su prolazile bez odgovora. Što se točno tamo gore zbiva?

Teleskop je mnogima “otvorio oči”, potaknuo ih na novo shvaćanje svijeta. Predivan Beskraj, iako prepun zanimljivih i do danas nerazjašnjenih fenomena, prestao je biti izvor straha i tjeskobe. Postao je predmet izučavanja, divljenja, mamljenja ushita. Danas je moguće iz vlastitog dvorišta (s odgovarajućom “opremom”) uočiti, što je prije nekoliko desetljeća bilo nezamislivo, udaljene objekte ili pojave (a time ujedno gledati i u prošlost (zbog konačnosti brzine svjetlosti), zanimljivo, zar ne?). Naravno, na tome treba zahvaliti “čudu” današnjice – “modernom” amaterskom teleskopu.

Astronomima amaterima je na raspolaganju mnoštvo raznih izvedbi teleskopa i pitanje je: Što odabrati? Bitno je napomenuti da “pravi” odabir ovisi o pojedincu, odnosno kako namjerava upotrijebiti svoj budući teleskop, hoće li ga koristiti samo za vizualna opažanja, astrofotografiju i sl. Astronomu početniku, na prvi pogled, “šuma” raznih stručnih izraza čini se nepregledna, pomalo zastrašujućom. Koji pravi put u toj “šumi” odabrati? U biti, to nije tako komplicirano, kako se u početku čini, ali krenimo redom…

2.2. Pojava teleskopa

Kada su se pojavili prvi teleskopi? Mnogi će vam odgovoriti da čast pripada Galileu Galileiu (1564-1642), međutim, to je djelomično točno, možda čak i netočno. Istina je da je Galileo prvi promatrao kratere na Mjesecu, faze Venere, Sunčeve pjege, četiri Jupiterova mjeseca, nejasno ugledao prsten Saturna, ali nije prvi izradio takvo pomagalo. Tko je onda? Zapravo, sa sigurnošću nitko ne zna, mnogi povjesničari pripisuju Janu Lippersheyu, optičaru iz Middelburga u Nizozemskoj. Zapisi ga spominju da je 1608. g. postavio dvije leće u liniju, što je donekle osnova teleskopa, i uočio da udaljeni prizori postaju veći.

Drugi dokazi upućuju da izum teleskopa može sezati do “starih vremena”. Arheolozi su u Egiptu pronašli ostatke stakla koje procjenjuju da potječu iz 3500. g. pr. Kr. Ujedno, su u Turskoj i Kreti pronađene primitivne leće za koje se smatra da su 4000 godina stare. Čak je i Euklid u 3. st. pr. Kr. pisao o refleksiji i refrakciji (lomu) svjetlosti, da bi 400 godina kasnije rimljanin Seneka spominjao moć povećavanja staklene sfere ispunjene vodom. Ipak, ostaje upitno da li je ijedan navedeni slučaj ujedno značio prvu izradu teleskopa.

2.3. “Šuma Striborova”

Osvrnimo se na “šumu čudnih izraza” s kojom se susrećemo pri razgovorima o teleskopima. Bit teleskopa je što više povećati moć sakupljanja svjetlosti i to iz jednostavnog razloga što su astronomski objekti opažanja vrlo malog sjaja te za razaznavanje određenih njihovih detalja potrebno je što više svjetla prikupiti. Zadnjih godina pojavilo se mnogo različitih izvedbi, međutim svi se mogu razvrstati u tri različite kategorije, u zavisnosti kako prikupljaju i fokusiraju (usmjeravaju) svjetlost. Refraktori (Slika 1) imaju veliku leću (objektiv) na početku tubusa (cijevi), dok kod reflektora ulogu sakupljača svjetlosti obavlja veliko (primarno) zrcalo postavljeno na kraju tubusa (Slika 2). Treća vrsta su tzv. katadioptrici (Slika 3) koji imaju tzv. korekcijsku ploču na početku tubusa ispred primarnog zrcala. Na neki način su mješavina refraktora i reflektora.

Slika 1. Refraktor (sustav s lećom)

Slika 1. Refraktor (sustav s lećom)

Slika 2. Reflektor (sustav sa zrcalom)

Slika 2. Reflektor (sustav sa zrcalom)

Slika 3. Katadioptrik (sustav s lećom i zrcalom)

Slika 3. Katadioptrik (sustav s lećom i zrcalom)

Zajedničko obilježje svih kategorija teleskopa jest da “glavni” optički dio (leća objektiva ili primarno zrcalo) fokusira (usmjerava) svjetlost u jednu prostornu točku, tzv. fokus, te se nadalje usmjerava, različitim načinima, u okular, a nakon njega u oko promatrača ili neki drugi uređaj (CCD kamera, fotografska ploča, spektrometar i sl.).

2.3.1. Refraktori

Slika 4. Galilejev teleskop

Slika 4. Galilejev teleskop

Najjednostavniji među njima je Galilejev ili jednostavni refraktor sastoji se od dvije leće: konveksne (ispupčene) leće kao objektiva i konkavne (udubljene) leće kao okulara (Slika 4).

Suvremenik Galilea, Johannes Kepler (1571-1630) usavršio je prethodni teleskop jednostavno zamijenivši konkavni okular dvostrukom konveksnom lećom iza primarnog fokusa (Keplerov refraktor). Današnji refraktori se temelje na Keplerovom dizajnu.

Navedeni teleskopi imaju određenih nedostataka. Poznato je da se “obična bijela” svjetlost sastoji od mnoštva svjetlosti “različitih boja” (možda bi točnije bilo govoriti o svjetlosti različitih valnih duljina ili frekvencija – u to se svatko može uvjeriti propuštajući npr. sunčevu svjetlost kroz prizmu, a sličan efekt javlja se i u prirodi – duga) (Slika 5).

Slika 5. Lom "bijele" svjetlosti u prizmi

Slika 5. Lom “bijele” svjetlosti u prizmi

Uočava se da zrake različitih “boja” se različito i lome u leći-objektivu i ne fokusiraju se sve u istoj točki-fokusu. Posljedica je mutna slika okružena šarolikim koncentričnim krugovima, a takav efekt se naziva kromatska aberacija (Slika 6).

Slika 6. Kromatska aberacija nastaje zbog različitog loma svjetlosti različitih valnih duljina (boja).

Slika 6. Kromatska aberacija nastaje zbog različitog loma svjetlosti različitih valnih duljina (boja).

Drugi problem koji se pojavljuje je tzv. sferna aberacija (Slika 7 i Slika 8) kada zakrivljenost leće-objektiva uzrokuje da se zrake svjetlosti koje ulaze u leću na različitim mjestima (npr. središtu i rubovima) različito lome te se, opet, sve ne sijeku-fokusiraju u istoj točki-fokusu.

Slika 7. Sferna aberacija uzrokovana lećom

Slika 7. Sferna aberacija uzrokovana lećom

Slika 8. Sferna aberacija uzrokovana zrcalom

Slika 8. Sferna aberacija uzrokovana zrcalom

Nepoželjni efekti se mogu umanjiti (ali ne i potpuno ukloniti) povećavanjem fokalne duljine objektiva ili uporabom dvokomponentne tzv. akromatske leće koja je napravljena od različitih vrsta stakla. Takvi teleskopi se nazivaju akromatski refraktori (Slika 9). Međutim, čak i akromatski refraktori pri rubovima slike promatranog objekta imaju plavičaste ili ljubičaste odsjaje, odnosno pojavljuje se tzv. sekundarni spektar. Efekt sekundarnog spektra može se umanjiti tako što se objektiv sastoji od više različitih vrsta leća (dvije, tri ili čak četiri) i takvi teleskopi su apokromatski refraktori.

Slika 9. Akromatski refraktor

Slika 9. Akromatski refraktor

2.3.2. Reflektori

Kategorija obuhvaća teleskope s udubljenim (konkavnim) zrcalom koje prikuplja i fokusira svjetlost (Slika 12). Prvog reflektora izradio je James Gregory 1663. g. (Gregorijev reflektor, Slika 10) kod kojeg ulazne zrake svjetlosti se odbijaju od primarnog zrcala prema manjem konkavnom sekundarnom zrcalu te se usmjeravaju kroz središnji otvor na primarnom do okulara.

Slika 10. Gregorijev reflektor

Slika 10. Gregorijev reflektor

Slika 11. Newtonov teleskop

Slika 11. Newtonov teleskop

Vrlo popularna izvedba reflektora je Newtonovski reflektor (Slika 11) nazvana po poznatom fizičaru Sir Isaacu Newtonu koje ga je konstruirao davne 1672. g. Razlikuje se od Gregorijevog tako što je sekundarno zrcalo ravno i zakrenuto za 45° kako bi izlazne zrake bile otklonjene od osi tubusa prema okularu za 90° (Slika 13). Prednost mu u jednostavnijoj izradi primarnog zrcala.

Slika 12. Usporedba tri zrcala s različitom zakrivljenošću površine: (a) ravno zrcalo odbija svjetlost u istom smjeru prema izvoru; (b) konveksno (ispupčeno) raspršuje; (c) konkavno (udubljeno) fokusira.

Slika 12. Usporedba tri zrcala s različitom zakrivljenošću površine: (a) ravno zrcalo odbija svjetlost u istom smjeru prema izvoru; (b) konveksno (ispupčeno) raspršuje; (c) konkavno (udubljeno) fokusira.

Iste godine francuski kipar Sieur Cassegrain predstavio je svoj model koji gotovo izgleda kao i Gregorijev s razlikom što se umjesto konkavnog (udubljenog) sekundarnog zrcala koristi ispupčeno (konveksno) bliže primarnom zrcalu, unutar fokalne duljine primarnog zrcala (Slika 14).

Možda je zgodno iz povijesnih razloga spomenuti i Herschelov reflektor (iz 1722. g. prema poznatom glazbeniku Williamu Herschelu koji se zanimao i za astronomiju). Njegovo primarno zrcalo je bilo malo zakrenuto od osi teleskopa i usmjeravalo je zrake prema otvoru u stjenci tubusa, gdje se nalazio okular, slično kao i kod Newtonovog. Prednosti su mu bile što ispred primarnog nema sekundarnog zrcala koje bi smanjivalo količinu prikupljene svjetlosti, međutim najveći mu je nedostatak iskrivljena slika.

Slika 13. Newtonovski reflektor

Slika 13. Newtonovski reflektor

Slika 14. Cassegrainov reflektor

Slika 14. Cassegrainov reflektor

Iako reflektori nemaju kromatske aberacije, ali daleko su od savršenstva i moguće su pojave kome, odnosno slika točkastog objekta pri rubovima vidnog polja je razmazana u obliku “malih kometa” s repovima usmjerenim od središta vidnog polja, astigmatizma, deformacija točkastih slika koje leže izvan osi teleskopa i očituju se razvučenoj slici točkastog izvora. Osim toga nedostatak je i veći gubitak intenziteta svjetlosti zbog mnogih refleksija na zrcalima. Zrcala se zato naparuju tankim antirefleksivnim slojevima, ali ipak time refleksivnost ne doseže vrijednost od 100% (Slika 18).

2.3.3. Katadioptrici

Početkom 20. stoljeća pojavila se nova vrsta teleskopa (tzv. katadioptrici) koja je objedinila karakteristike reflektora i refraktora. Glavna osobina im je što imaju veliko vidno polje s vrlo malo neželjenih aberacija.

Prvog je 1930. g. izradio njemački astronom Bernard Schmidt. Schmidtov teleskop (Slika 15) sastoji se od korekcijske ploče koja umanjuje sfernu aberaciju na primarnom zrcalu. Prvu svrhu je imao u fotografiranju velikih dijelova noćnog neba pri sastavljanju kataloga zvijezda. Npr. GSC katalog (engl. General Star Catalogue) od 15 169 873 zvijezda koristi HST (engl. Hubble Space Telescope) u svome navođenju.

Slika 15. Schmidtov teleskop

Slika 15. Schmidtov teleskop

Sljedeći je bio Maksutov teleskop. Prvu zamisao o izvedbi, u veljači 1941. g., imao je A. Bouwers iz Amsterdama. Nakon osam mjeseci ruski fizičar (bavio se optikom) D. Maksutov nezavisno je došao na istu ideju i tek tada je takva izvedba postala poznata. Glavno obilježje Maskutova je korekcijska ploča u obliku meniskusa. Većina Maksutova koristi karakteristike Cassagrainovog reflektora, pa se takvi “mješanci” nazivaju Maksutov-Cassagrainovim teleskopima (Slika 16). Također su moguće izvedbe Maksutova i Newtonovog reflektora i sl.

Slika 16. Maksutov-Cassegrainov teleskop

Slika 16. Maksutov-Cassegrainov teleskop

Konačno, postoje i dva “mješanca” Schmidtovog teleskopa: Schmidt-Newtonov i Schmidt-Cassegrainov teleskop (Slika 17). Schmidt-Cassagrainov ima zrcalo kratke žarišne duljine s eliptičkim profilom sekundarnog zrcala, te se na početku tubusa nalazi Schmidtova korekcijska ploča. Time se dobiva teleskop velike aperture i kratkog tubusa što ga čini relativno jednostavnim za prenošenje i rukovanje. Astronomsko društvo Koprivnica (nadalje ADKC) koristi u svojim promatranjima Schmidt-Cassegrainov tip teleskopa.

Slika 17. Schmidt-Cassegrainov teleskop

Slika 17. Schmidt-Cassegrainov teleskop

2.4. Osnovni pojmovi u “teleskopskom svijetu”

Apertura

Općenito apertura predstavlja efektivni promjer sakupljača svjetlosti što kod teleskopa je promjer objektiva (izražen u inčima, cm ili mm), odnosno primarne leće (refraktori) ili primarnog zrcala (reflektori). Npr. ADKC teleskop ima aperturu od 10″ ili 254 mm. Što je apertura veća to će slika biti svjetlija i jasnija.

Žarišna (fokalna) duljina

Žarišna duljina je udaljenost od objektiva (leće ili zrcala) do žarišta (fokusa), točke gdje se sve zrake svjetlosti sijeku. Ovisi o zakrivljenosti zrcala; što je zakrivljenost veća manja je fokalna duljina ili vrsti stakla leće. Izražava se u inčima, cm ili mm.

Skala ploče (engl. focal ratio, f-broj)

Obično se zapisuje u obliku f/”broj” npr. kod ADKc teleskopa je f/10, i jednostavno se izračunava tako da se podijeli žarišna duljina teleskopa s aperturom. Npr. naš teleskop fokalne duljine od 100″ (2540 mm) i aperture od 10″ (254 mm) ima, kao što je već bilo napisano, f-broj jednak 10.

Slika 18. Različite deformacije slike-zvijezde u okularu nastale zbog: (a) optički dijelovi nisu usklađeni (nekolimirani); (b) nemirna atmosfera; (c) stativ ili mehanički dijelovi teleskopa pritišću optičke dijelove i deformiraju ih; (d) optika se nije prilagodila vanjskoj temperaturi (nije u termičkoj ravnoteži); loša izvedba optičkih dijelova uzrokuje (e) astigmatizam; (f) sfernu aberaciju; (g) sliku zbog hrapavosti optičkih površina.

Slika 18. Različite deformacije slike-zvijezde u okularu nastale zbog: (a) optički dijelovi nisu usklađeni (nekolimirani); (b) nemirna atmosfera; (c) stativ ili mehanički dijelovi teleskopa pritišću optičke dijelove i deformiraju ih; (d) optika se nije prilagodila vanjskoj temperaturi (nije u termičkoj ravnoteži); loša izvedba optičkih dijelova uzrokuje (e) astigmatizam; (f) sfernu aberaciju; (g) sliku zbog hrapavosti optičkih površina.

Bitan je u astrofotografiji jer teleskopi s malim f-brojem daju svjetlije slike na filmu čime se vrijeme ekspozicije skraćuje. Međutim, pri vizualnim promatranjima slike u okularu teleskopa istih apertura i povećanja, ali različitih f-brojeva su iste svjetline.

Povećanje

Općenito vlada mišljenje da što je veće povećanje teleskopa bolji je i teleskop. To nije točno. Problem je kako povećanje raste, s istom aperturom, slika postaje veća, ali tamnija i mutnija.

Povećanje se lako izračunava tako da se fokalna duljina objektiva podijeli s fokalnom duljinom okulara. Npr. za ADKC teleskop fokalne duljine objektiva od 2540 mm i sa standardnim okularom od 26 mm povećanje iznosi oko 98.

Moć razlučivanja

Predstavlja sposobnost uočavanja finih detalja na objektu promatranja, npr. pri promatranu Mjesečevih kratera, Jupiterovih pruga ili Saturnovih prstenova i sl. Uglavnom se izražava u lučnim sekundama. Npr. Mjesec ima promjer od 0.5° ili 30′ (lučnih minuta) ili 1800″ (lučnih sekundi).

Ipak, bez obzira na veličinu, kvalitetu teleskopa i mjesto promatranja, zvijezde nikada neće biti savršene točke u okularu. Djelomičan uzrok je u nemirnoj atmosferi i djelomično u samoj prirodi svjetlosti-dualna osobina: kvanti i valovi, ali o tome ćemo drugom prilikom. Slike zvijezda će uvijek imati neku malu, ali konačnu dimenziju, a granicu joj određuje tzv. Airy-ev disk koji ujedno služi i kao mjera razlučivanja.

Stativi

Slika 19. Stativi: (a) jednostavan alt-azimutalni malog refraktora; (b) Dobsonian alt-azimutalni Newtonovskog teleskopa; (c) njemačka izvedba ekvatorskog stativa za ref-raktor; (d) njemačka izvedba ekvatorskog stativa za Newtonovski reflektor; (e) vili-časta izvedba ekvatorskog stativa Schmidt-Cassagrainovog teleskopa (takav stativ koristi i AD Koprivnica)

Slika 19. Stativi: (a) jednostavan alt-azimutalni malog refraktora; (b) Dobsonian alt-azimutalni Newtonovskog teleskopa; (c) njemačka izvedba ekvatorskog stativa za ref-raktor; (d) njemačka izvedba ekvatorskog stativa za Newtonovski reflektor; (e) vili-časta izvedba ekvatorskog stativa Schmidt-Cassagrainovog teleskopa (takav stativ koristi i AD Koprivnica)

Alt-azimutalni

Najčešće korišten kod jednostavnih malih amaterskih teleskopa. Omogućuje okretanje teleskopa oko dvije okomite osi, kao što je i u samom nazivu, u horizontalnom (azimutalnom) i vertikalnom (visinskom, odmakom od obzora, engl. altitude) smjeru. Njime je kompliciranije pratiti gibanje zvijezda na nebeskom svodu zbog Zemljine rotacije. Potrebno je teleskop pomicati oko obje osi. Među astronomima amaterima je dosta popularan Dobsonian stativ. Jednostavan je za izradu i uporabu i dosta je stabilan za veće teleskope.

Ekvatorijalni

Može se reći da je to alt-azimutalni stativ čija je azimutalna os nagnuta za kut koji je jednak geografskoj širini mjesta promatranja. Time je os usporedna s Zemljinoj osi vrtnje. Poboljšanje je u tome što je lakše pratiti gibanje zvijezda pomicanjem teleskopa samo oko jedne osi (tzv. polarne osi) čime je praćenje preciznije. Postoje dvije vrste: tzv. njemačka i viličasta (engl. fork mount) izvedba. ADKc teleskop ima mogućnost vrtnje pomoću alt-azimutalnog i viličastog ekvatorijalnog načina.

2.5. Na kraju … što dodati?

U ovome kratkome pregledu osnovnih pojmova, nadamo se da smo Vam približili čari astronomskih pomagala i zainteresirali Vas da nam se pridružite u otkrivanju ljepota nebeskog svoda.

Literatura

  1. Philip S. Harrington, Star ware, John Wiley & Sons, Inc., New York, etc., 1998.
  2. B. W. Carroll, D. A. Ostlie, An Introduction to Modern Astrophysics, Addison-Wesley Publishing Co., Inc., Massachusetts, etc., 1996.
  3. Vladis Vujnović, Astronomija 2, Školska knjiga, Zagreb, 1990.
  4. Dragan Roša, Opća astronomija, 2. dio, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
  5. Sir Robert S. Ball, Great Astronomers, London, 1912.
  6. Ian Ridtpath, Norton’s 2000.0 Star Atlas and Reference Handbook, Longman Scientific & Technical

sastavio i uredio: Tomislav Žic

Početna < Učionica