Bildkredit: Jason Ware
Amatörastronomi är inte för alla. Men till skillnad från andra intressen kan det vara! När allt kommer omkring finns det gott om himmel att gå runt. Och att njuta av himlen kräver inte mycket. Till att börja med, bara kraften i människans syn och förmågan att "fortsätta slå upp".
Att uppskatta natthimlen och dess många inneboende är liknande att njuta av alla fantastiska konstverk. Den som är fångad i en målning av Van Gogh, staty av Roden, sonata av Beethoven, spel av Shakespeare eller dikt av Tennyson, kan säkert uppskatta en konstellation som skapas av naturens skulpterande hand. Så som sådana fantastiska konstverk kan en fin uppskattning av natthimlen odlas. Ändå till skillnad från sådana verk, finns det något mycket mer primordialt och omedelbart stämningsfullt i himlen - en sak som trotsar alla behov av djupgående studier eller orolighet av andra.
Även om det är sant att vissa geniala apparater (som kvadranten) utvecklades tidigt i astronomiens historia, var det inte förrän på tiden för Galileo (tidigt 1600-tal) som astronomer började undersöka universumet i detalj. Före den tiden placerade det mänskliga ögat sådana begränsningar på vad som kunde ses att allt vi visste om himlen var begränsat till två stora ljusa kroppar (sol och måne), många svaga ljus (de fasta stjärnorna och sällsynta noverna) och en mellanliggande grupp (planeterna och kometerna ibland). Med hjälp av instrument som kvadranten (för position) och vattenklocka (för tid) blev det möjligt att förutsäga rörelserna för alla sådana kroppar. Och det var förutsägelse - inte förståelse - som drev observation med det mänskliga ögat ensam.
I slutändan var det teleskopet som upptäckte - snarare än mätning - drivkraften bakom astronomiens vetenskap. För utan teleskopet skulle universum vara en mycket mindre plats och befolkas av mycket, färre saker. Tänk på att vid 2,3 miljoner ljusår kunde det mest avlägsna himmelobjektet som är synligt utan hjälp - den stora galaxen av Andromeda - aldrig ha varit så kallade alls. I själva verket kanske den inte ens fått sitt äldre namn: The Great Nebulosa i Andromeda. Först noterades i 10-talets text “Book of Fixed Stars”, skarpöglade Abd-al-Rahman Al Sufi beskrev den stora galaxen som "ett litet moln". Och det - utan teleskopet - är allt vi någonsin skulle ha sett av detta:
På grund av teleskopet vet vi nu mycket mer om sol, måne, planeter, kometer och stjärnor än helt enkelt var de kan hittas på himlen. Vi förstår att vår sol är en närliggande stjärna och att vår jord, planeterna och dessa "dödshandlare" - kometerna - alla är en del av ett solsystem. Vi har upptäckt andra sådana stjärnsystem utöver våra egna. Vi vet att vi lever i en galax som på ett avstånd av två miljoner ljusår skulle se ut som M31 -1. Vi har fastställt att flera miljarder år därmed kommer vår galax och M31 att omfatta spiralarmar. Och vi inser att universum är extraordinära i sin omfattning, mångfald, skönhet och harmoni av sammankopplade.
Vi vet allt detta eftersom vi har teleskopet - och liknande instrument - som kan låta kosmos djup över många oktaver med spektral vibrans.
Men allt börjar med det mänskliga ögat ...
Arbetet med det mänskliga ögat är baserat på tre av de fyra huvudsakliga egenskaperna för ljus. Ljus kan brytas, reflekteras, diffraheras eller absorberas. Ljus kommer in i ögat som parallella strålar från avståndet. Eftersom det är begränsat i bländaröppningen kan ögat bara samla en mycket liten andel av strålarna som kommer från någon sak. Det uppsamlingsområdet - ungefär 38 kvadratmillimeter (helt utvidgat och mörkt anpassat), gör att ögat normalt kan se stjärnor ner till ungefär magnitude 6. Forntida astronomer - fria från effekterna av moderna källor till atmosfärisk belysning (ljusförorening) - kunde att katalogisera cirka 6000 enskilda stjärnor (med ett strö av andra föremål). De svagaste av dessa klassades av den "sjätte storleken" och de ljusaste av de "första".
Men ögat är också begränsat av diffraktionsprincipen. Denna princip hindrar oss från att se mycket fina detaljer. Eftersom ögat är begränsat i bländare, börjar parallella ljusstrålar att "spridas ut" eller sprida sig efter att ha kommit in i iris. En sådan diffusion betyder att fotonerna - trots bruken av brytning till fokus - bara kan komma så nära varandra. Av denna anledning finns det en ultimat gräns för hur mycket detaljer som kan ses av någon bländare - och det inkluderar själva ögat.
Ögat utnyttjar naturligtvis brytningsprincipen för att organisera ljusstrålar. Fotoner kommer in i hornhinnan, böjs och passerar till linsen bakom den. (Hornhinnan gör huvuddelen av fokuseringen och lämnar ungefär en tredjedel upp till linsen.) Linsen själv justerar strålvinklar för att få saker - nära eller långt - att fokusera. Det gör detta genom att ändra krökningsradie. På detta sätt kan parallella strålar på avstånd eller avvikande strålar från närliggande projicera en bild på näthinnan där små neuroner omvandlar ljusenergi till signaler för tolkning av hjärnan. Och det är hjärnan - främst de occipitala loberna på baksidan av huvudet - som gör "bildbehandlingen" som behövs för att ge koherens till den stadiga strömmen av neurala signaler som kommer från ögat.
För att detektera ljus använder näthinnan absorptionsprincipen. Fotoner gör att sensoriska nervceller depolariseras. Depolarisering projicerar kemoelektriska signaler från axoner till dendriter djupare i hjärnan. Retinala nervceller kan vara stavformade eller koniska. Stänger upptäcker ljus av valfri färg och är mer känsliga för ljus än kottar. Kottar upptäcker endast specifika färger och finns i större koncentration längs ögats huvudaxel. Samtidigt dominerar stavar utanför axeln. Det avvisade ögat kan se stjärnor ungefär två och halv gånger svagare än de som hålls direkt.
Utöver aversion, nervsignaler som passerar från näthinnan (via optisk chiasm) behandlas först av överlägsen collicus. Kollikusen ger oss vårt visuella ”flinch” -svar - men ännu viktigare - det gör mindre filtrering av synfältet än de occipitala lobarna. På grund av detta kan kolliken upptäcka ännu svagare ljuskällor - men bara när det är i uppenbar rörelse. Således kan den kresne observatören upptäcka svaga stjärnor - och svagt glödande föremål - ungefär fyra gånger svagare än de som ses genom vanlig "direkt" -visning. (Detta görs genom att svepa ögat över natthimlen - eller över teleskopets synfält.)
Förutom aversion och ögonrörelse ökar ögonen känsligheten genom att anpassa sig till svagt ljus. Detta görs på två sätt: För det första fina muskler drar tillbaka iris (belägen mellan hornhinnan och linsen) för att tillåta så mycket ljus som möjligt. För det andra, inom ungefär 30 minuter efter exponering för mörker, "visuell lila" (rhodopsin) på näthinnestavar får en transmissiv rosig-röd färg. Denna förändring ökar känsligheten hos stavar till den punkt där jämnt en enda foton med synligt ljus kan upptäckas.
Bortsett från begränsningar som åläggs av diffraktion finns det en andra naturliga gräns för hur mycket detaljer som kan ses av ögat. För neuroner kan göras bara så små och placeras bara så nära varandra. Under tiden vid cirka 25 mm i brännvidd kan ögat bara se “1x”. Lägg till detta till att den största öppningen som uppnås av ögat (ingångspupillen) är 7mms och mänskliga ögon blir den effektiva motsvarigheten till ett par "1x7mm" kikare.
Alla dessa faktorer begränsar ögat - även under de bästa observationsförhållandena (som rymdvakuumet) - till att se stjärnor (med direkt syn) av den åttonde storleken (1500 gånger svagare än de ljusaste stjärnorna) och lösa nära par till cirka 2 bågar -minuter av vinkelseparation (1/15 av månens uppenbara storlek).
Observationsastronomin börjar med ögonen. Men ny instrumentering utvecklades eftersom vissa ögon har svårt att fokusera ljus. På grund av människors närsyn och sikt var de första brilleglasen slipade. Och det handlade bara om att experimentera innan någon kombinerade en av varje typ av linser tillsammans för att bilda det första teleskopet eller "instrumentet för långsynt".
Dagens astronomer kan förstärka det mänskliga ögat kapacitet till den punkt där vi nästan kan kika tillbaka till början av själva tiden. Detta görs genom användning av kemiska och fast tillståndsprinciper förknippade med fotografering och laddningskopplade enheter (CCD). Sådana verktyg kan samla fotoner på ett sätt som ögat inte kan. Som ett resultat av dessa "visuella hjälpmedel" har vi upptäckt saker som en gång var otänkta om universum. Många av dessa upptäckter var okända för oss - även så sent som i början av era stora observatorier (tidigt tjugonde århundrade). Dagens astronomi har utökat utbudet av kosmisk vision över flera band av det elektromagnetiska spektrumet - från radio till röntgenstrålar. Men vi gör mycket mer än bara hitta saker och mäta positioner. Vi strävar efter att fånga mer än ljus - men också förståelse ...
Dagens amatörastronomer - som författaren - använder hand- och massproducerade teleskop från alla delar av världen för att kika miljarder ljusår in i djupet i universum.-2 Denna typ av långsiktighet är möjlig eftersom ögat och teleskop kan arbeta tillsammans för att samla "mer och finare ljus" från högt.
Hur långt kan du se?
-1Enligt NASA skulle Vintergalaxen verka mycket som 15,3 ml avlägsen spärrad spiral M83 som finns i konstellationen Hydra (sett till höger). En människa i rymden skulle bara kunna hålla den ljusa centrala delen av denna galax på 8,3 med en "fuzzy star" med avvisad vision. M83 kan enkelt hittas med hjälp av låg effektkikare från jorden.
-2Med en variabel visuell magnitude på 12,8 kan 2 miljarder ljusårets avlägsna kvasar 3C273 bara hållas direkt av det mänskliga ögat när det förstärks av ett sex tum / 150 mm öppningsteleskop vid 150x genom nattens himmel med 5,5 ohjälpsbegränsande storlek och 7 / 10p ser stabilitet. Ett par 10x50mm kikare skulle avslöja 3C273 som en svag stjärna från jorden.
Inspirerad av det tidiga 1900-talets mästerverk: "The Sky Through Three, Four and Five Inch Telescope" fick Jeff en start inom astronomi och rymdvetenskap vid sjunde års ålder. För närvarande ägnar han mycket tid åt att underhålla webbplatsen Astro.Geekjoy.
