Ինչպես են աշխատում աստղադիտակները աստղագիտության մեջ
Աստղադիտակները աստղագիտության ամենակարևոր գործիքներից մեկն են։ Աստղադիտակների շնորհիվ մարդիկ կարող են «մեծացնել» աչքի ունակությունը՝ տեսնելու չափազանց հեռավոր և թույլ երկնային մարմիններ՝ Լուսնից, մոլորակներից, միգամածություններից մինչև միլիարդավոր լուսային տարիներ հեռավորության վրա գտնվող գալակտիկաներ։ Այնուամենայնիվ, շատերը աստղադիտակները համարում են պարզապես հսկա խոշորացույցներ։ Իրականում, դրանց աշխատանքի սկզբունքն ավելի հետաքրքիր է. աստղադիտակները հիմնականում հավաքում են լույսը (կամ այլ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը), այնուհետև կենտրոնացնում և մշակում են այն՝ պատկերներ կամ տվյալներ ստանալու համար, որոնք կարող են վերլուծվել։
1. Հեռադիտակի հիմնական գործառույթը՝ լույսի հավաքումը
Աստղերն ու գալակտիկաները փոքր են թվում ոչ թե այն պատճառով, որ իրականում փոքր են, այլ որովհետև այնքան հեռու են, որ Երկիր շատ քիչ լույս է հասնում։ Մարդու աչքի բիբի տրամագիծը ընդամենը մի քանի միլիմետր է, ուստի դրա լույս հավաքելու ունակությունը սահմանափակ է։ Աստղադիտակները հաղթահարում են այս խնդիրը՝ ունենալով շատ ավելի մեծ «ապերտուրա»՝ կամ մեծ ոսպնյակ, կամ մեծ հայելի։
Որքան մեծ է ապերտուրան, այնքան ավելի շատ լույս է այն հավաքում: Ահա թե ինչու պրոֆեսիոնալ աստղադիտակները ունեն մի քանի մետր տրամագծով հայելիներ: Արդյունքը. նախկինում տեսանելի չլինելու համար չափազանց թույլ առարկաները կարող են դառնալ բավականաչափ պայծառ՝ դիտարկելու համար: Աստղագիտության մեջ պայծառության մեծացումը հաճախ ավելի կարևոր է, քան մեծացումը:
2. Լուծաչափ. աստղադիտակները օգնում են տեսնել ավելի մանր մանրամասները
Բացի առարկաները ավելի պայծառ դարձնելուց, աստղադիտակները բարելավում են լուծաչափը՝ փոքր մանրամասները տարբերակելու ունակությունը: Լուծաչափը մեծապես կախված է ապերտուրայի տրամագծից. որքան մեծ է ապերտուրան, այնքան ավելի նուրբ են մանրամասները, որոնք կարելի է լուծաչափել: Օրինակ՝ մոլորակային դիտարկումներում լուծաչափը որոշում է, թե արդյոք մենք կարող ենք տեսնել Յուպիտերի ամպային գոտիները, Սատուրնի օղակները կամ Լուսնի վրա խառնարանների մանրամասները:
Սակայն Երկրի վրա լուծաչափը հաճախ սահմանափակվում է մթնոլորտով։ Օդային տուրբուլենտությունը աստղերին «թարթում» է պատճառում, իսկ պատկերներին՝ թրթռում։ Ահա թե ինչու տիեզերական աստղադիտակները (ինչպիսիք են Hubble-ը կամ James Webb տիեզերական աստղադիտակը) կարող են ստանալ աներևակայելի սուր պատկերներ, իսկ ժամանակակից գետնի վրա հիմնված աստղադիտակները օգտագործում են ադապտիվ օպտիկայի տեխնիկա՝ իրական ժամանակում մթնոլորտային աղավաղումը շտկելու համար։
3. Օպտիկական աստղադիտակների երկու հիմնական տեսակ՝ ռեֆրակտորներ և անդրադարձիչներ
Տեսանելի լույսի (օպտիկայի) վրա աշխատող աստղադիտակները սովորաբար բաժանվում են երկու խմբի՝
ա) Ռեֆրակտորային աստղադիտակ
Ռեֆրակտորը օգտագործում է առջևի մասում գտնվող ոսպնյակ՝ լույսը բեկելու (ճկելու) և այն մեկ կետի վրա կենտրոնացնելու համար: Սկզբունքը նույնն է, ինչ ակնոցների կամ խոշորացույցի դեպքում, միայն շատ ավելի մեծ և ճշգրիտ:
Ռեֆրակտորի առավելությունը դրա համեմատաբար կայուն և փակ կառուցվածքն է, որը նվազագույնի է հասցնում փոշու և օդի հոսանքները խողովակի ներսում: Այնուամենայնիվ, մեծ ռեֆրակտորները դժվար է արտադրել, քանի որ մեծ ոսպնյակները ծանր են, թանկ և կարող են առաջացնել քրոմատիկ աբերացիա՝ պայծառ առարկաների վրա գունային շեղում, որն առաջանում է լույսի ալիքի երկարությունների տարբեր կետերում կենտրոնանալու պատճառով:
բ) Ռեֆլեկտորային (հայելային) աստղադիտակ
Անդրադարձիչները օգտագործում են գոգավոր հայելիներ՝ լույսը արտացոլելու և ֆոկուսացնելու համար: Ամենատարածված տեսակներն են Նյուտոնյան և Կասեգրենի անդրադարձիչները: Անդրադարձիչները նախընտրելի ընտրություն են պրոֆեսիոնալ աստղադիտակների համար, քանի որ հայելիները կարող են շատ մեծ լինել՝ առանց քրոմատիկ աբերացիայի խնդրի:
Նյուտոնյան նախագծում լույսը անդրադարձվում է գլխավոր հայելու կողմից դեպի խողովակի առջևի մասը, ապա կրկին անդրադարձվում է փոքրիկ անկյունագծային հայելու կողմից դեպի կողքի ակնոցը կամ տեսախցիկը: Կասեգրենի նախագծում լույսը անդրադարձվում է առաջ և ետ գլխավոր հայելու անցքի միջով, ինչը համակարգը դարձնում է ավելի կոմպակտ:
4. Հեռադիտակի կարևոր մասերը՝ ֆոկուս, ակնոց և խոշորացում
Երբ լույսը հավաքվում և կենտրոնանում է, աստղադիտակը պետք է «ներկայացնի» պատկերը։ Տեսողական աստղադիտակում պատկերը մեծացվում է ակնոցի միջոցով։ Ակնոցը փոքր ոսպնյակ է, որի միջով աչքը նայում է։ Աստղադիտակի մեծացումը սովորաբար հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.
Մեծացում = հեռադիտակի ֆոկուսային հեռավորություն / ակնոցի ֆոկուսային հեռավորություն
Օրինակ՝ 1000 մմ ֆոկուսային հեռավորություն և 10 մմ ակնոց ունեցող աստղադիտակը մեծացնում է 100 անգամ։
Սակայն խոշորացումը դեռ ամենը չէ։ Եթե մեծացումը չափազանց բարձր է դիաֆրագմայի չափի և մթնոլորտային պայմանների համեմատ, պատկերը կլինի մութ և աղոտ։ Շատ սկսնակ լուսանկարիչներ հիասթափվում են մեծ մեծացման թվերի հետապնդումից, մինչդեռ ավելի կարևոր են դիաֆրագման, օպտիկական որակը և ամրակի կայունությունը։
5. Լեռ. երկնային մարմինների հետևման բանալին
Երկնային մարմինները, կարծես, շարժվում են երկնքում՝ Երկրի պտույտի պատճառով։ Եթե աստղադիտակը ճիշտ չի տեղադրված, մարմինները արագ կհեռանան տեսադաշտից, հատկապես մեծ խոշորացումների դեպքում։
Կան ամրացումների երկու հիմնական տեսակ՝
– Ալտ-ազիմուտ. շարժվում է վերև և ներքև (բարձրություն) և ձախ և աջ (ազիմուտ): Հեշտ է օգտագործել սկսնակների համար, բայց աստղալուսանկարչության համար անհրաժեշտ է ուղղման համակարգ, քանի որ տեսադաշտը պտտվում է:
– Հասարակածային. առանցքներից մեկը համընկնում է Երկրի պտտման առանցքի հետ։ Սա թույլ է տալիս աստղադիտակը տեղաշարժել մեկ առանցքի երկայնքով՝ հետևելով աստղերի շարժմանը։ Այս հենակը շատ օգտակար է լուրջ դիտարկումների և երկնքի լուսանկարչության համար։
Ժամանակակից ամրակները հաճախ ունեն շարժիչներ և GoTo համակարգեր, որոնք կարող են ավտոմատ կերպով գտնել օբյեկտները կոորդինատների հիման վրա։
6. Ժամանակակից դետեկտորներ՝ աչքերից մինչև տեսախցիկներ և սենսորներ
Ժամանակակից աստղագիտությունը չի հիմնվում միայն տեսողական դիտարկումների վրա: Այսօր շատ աստղադիտակներ հագեցած են CCD կամ CMOS տեսախցիկներով: Այս սենսորները որսում են ֆոտոններ և դրանք վերածում էլեկտրական ազդանշանների: Սա ունի զգալի առավելություններ. տեսախցիկները կարող են երկար ժամանակահատվածներում (երկար էքսպոզիցիաներով) հավաքել լույս՝ տեսանելի դարձնելով շատ թույլ օբյեկտները, մինչդեռ գրանցված տվյալները կարող են մշակվել՝ հակադրությունը բարելավելու և մանրամասները բացահայտելու համար:
Հետազոտություններում սենսորային տվյալները կարող են նաև քանակապես վերլուծվել՝ չափելով պայծառությունը (ֆոտոմետրիա), քարտեզագրելով դիրքը և շարժումը (աստղաչափություն) կամ վերլուծելով լույսի սպեկտրները։
7. Սպեկտրոսկոպիա. լույսից տեղեկատվության «կարդում»
Հեռադիտակները ոչ միայն պատկեր կազմող սարքեր են, այլև «լույսի հավաքիչներ» գիտական գործիքների համար, ինչպիսիք են սպեկտրոգրաֆները: Սպեկտրոգրաֆները լույսը բաժանում են գույների սպեկտրի, ինչպես ծիածանը, և այնուհետև աստղագետները վերլուծում են սպեկտրալ գծերը՝ որոշելու համար.
– աստղերի կամ միգամածությունների քիմիական կազմը,
- մակերեսի ջերմաստիճանը,
– մոտենալու/շարժվելու արագություն (Դոպլերի էֆեկտ),
– մագնիսական դաշտեր և շատ այլ ֆիզիկական պարամետրեր։
Սպեկտրոսկոպիայի միջոցով մենք կարող ենք ուսումնասիրել այնպիսի առարկաներ, որոնց անհնար է անմիջապես դիպչել՝ պարզապես աստղադիտակին հասնող լույսի միջոցով։
8. Տեսանելի լույսից այն կողմ գտնվող աստղադիտակներ. ռադիոյից մինչև ռենտգենյան ճառագայթներ
Տիեզերքը էներգիա է արձակում բազմաթիվ ալիքի երկարություններում, ոչ միայն տեսանելի լույսում։ Հետևաբար, կան բազմաթիվ «տեսակներ աստղադիտակների»՝ կախված նրանց կողմից դիտարկվող սպեկտրից։
– Ռադիոաստղադիտակները որսում են ռադիոալիքներ. դրանք հաճախ ունենում են մեծ ափսեների տեսք։ Դրանք հարմար են պուլսարների, միջաստղային գազի և տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի ուսումնասիրության համար։
– Ինֆրակարմիր աստղադիտակները դիտարկում են սառը կամ փոշով ծածկված օբյեկտներ, ինչպիսիք են աստղերի ծննդավայրերը: Շատ ինֆրակարմիր աստղադիտակներ տեղակայված են տիեզերքում կամ բարձր, չոր վայրերում:
– Ուլտրամանուշակագույն, ռենտգենյան և գամմա ճառագայթային աստղադիտակները սովորաբար պետք է տեղակայված լինեն մթնոլորտից դուրս, քանի որ մթնոլորտը կլանում է բարձր էներգիայի ճառագայթումը: Այս աստղադիտակները կարևոր են ծայրահեղ երևույթների, ինչպիսիք են սև խոռոչները, գերնոր աստղերը և նեյտրոնային աստղերը, ուսումնասիրության համար:
Այս «աստղադիտակներից» յուրաքանչյուրը աշխատում է նմանատիպ ընդհանուր սկզբունքով՝ հավաքում է ճառագայթումը, կենտրոնացնում կամ քարտեզագրում դրա ժամանման ուղղությունը, ապա գրանցում այն հատուկ դետեկտորով։
9. Ամփոփելով՝ ինչո՞ւ են աստղադիտակները այդքան կարևոր։
Աստղագիտության մեջ աստղադիտակների աշխատանքի ձևը կարելի է ամփոփել երեք հիմնական դերի՝ հնարավորինս շատ լույս հավաքելը, մանրամասների սրությունը (լուծաչափը) բարձրացնելը և լույսը տեղեկատվության վերածելը տեսախցիկների և գործիքների, ինչպիսիք են սպեկտրոգրաֆները, միջոցով: Ճշգրիտ օպտիկայի, հետևողական ամրակների և ժամանակակից սենսորների համադրությամբ աստղադիտակները հնարավորություն են տալիս մարդկանց ուսումնասիրել տիեզերքի կառուցվածքը, գալակտիկաների պատմությունը և նույնիսկ աստղերի ֆիզիկական վիճակը:
Հեռադիտակները մարդկային զգայարանների շարունակությունն են՝ ոչ միայն գործիքներ ավելի մոտիկից դիտելու համար, այլև գիտական գործիքներ, որոնք երկնքում լույսի կետերը վերածում են գիտելիքների: Եթե երբևէ նայել եք Սատուրնի օղակներին նույնիսկ փոքր հեռադիտակով, ապա ականատես կլինեք նույն սկզբունքին, ինչ լեռան գագաթին գտնվող հսկա հեռադիտակը. որսում է մեծ հեռավորություն անցած լույսը և այն վերածում տիեզերքի պատուհանի:
