A csillagászati megfigyelés eszközei

A csillagászat egyidős az emberiséggel. Az emberi szem fogyatékosságai azonban nem tették lehetővé a behatóbb vizsgálatokat. Korlátozott a szem felbontóképessége, és a fény befogadása is csekély. A távoli tárgyak apró részletei elmosódnak, a halványabb égitesteket nem is láthatjuk. A fizika tudományának fejlődésével csillagászati megfigyelésre szolgáló műszerek készültek. Ezekkel nemcsak jobban lehet látni a részleteket, hanem olyan jelenségek is felfedezhetők, melyekről korábban fogalmunk sem volt.

A távcső szerepe elsősorban az, hogy a szem fogyatékosságait pótolja, és lehetővé tegye a távoli égitestek optikai megfigyelését. A távcső optikája sokkal nagyobb átmérőjű, mint a szem pupillája, melyen keresztül befogadhatja a fénysugarakat. Ezért a távcső több fényt gyűjt össze, és a szemmel már nem látható finom részleteket is megmutatja. Nem a távcső nagyítása játsza itt a legfontosabb szerepet, a részletfelbontást a nagyobb átmérő adja. Minél nagyobb az objektív (a tárgylencse) átmérője, annál nagyobb a távcső felbontóképessége.

A technikatörténet szerint az első távcsövet Galileo Galilei (1564-1642) olasz fizikus, matematikus, csillagász készítette Padovában 1609-ben. Kisméretű távcsöve egy gyűjtő- és egy szórólencsét tartalmazott. A szerkezet többek között alkalmas volt a Hold felszíni alakzatainak tanulmányozására, és a Jupiter holdjainak felfedezése (Galilei-holdak). Később Huygens, Newton és más fizikusok is készítettek különböző típusú távcsöveket.

Galilei távcsöve






























Az optikai csillagászat, mely a látható fény tartományában végez megfigyeléseket, alapvetően kétféle távcsövet (teleszkópot) használ. A távcsövek egyik típusa fő fénygyűjtő elemként lencsét, másik típusa pedig tükröt tartalmaz. A lencsés távcsöveket refraktoroknak, a tükrös távcsöveket reflektoroknak nevezzük. A refraktorokban a fény áthalad az objektíven (a tárgylencsén), míg a reflektorokban visszaverődik róla.

A lencsés távcsövek általában hosszú fókusztávolságú tárgylencsével rendelkeznek, mely a fényt a gyújtópontba gyűjti össze. Az ott keletkező kép egy szemlencse (okulár) segítségével nagyítható ki. A lencsés távcsövekben a lencse anyagának fényelnyelése miatt jóval nagyobb fényveszteség lép fel, mint a tükrös távcsövekben. Ismeretes, hogy pl. optikai prizmán, vagy vízcseppeken áthaladva a fehér fény felbomlik, és megjelennek a szivárvány színei. Éppen ebből adódik a refraktorok másik nagy hátránya: a lencséken való áthaladáskor a fény különböző hullámhosszú összetevői más-más szögben törnek meg, a megfigyelt objektum körvonalai elszíneződnek. Ezért az objektív által szolgáltatott képnél úgynevezett színi hiba, kromatikus aberráció lép fel. Ez a fogyatékosság némileg mérsékelhető úgynevezett lencserendszer alkalmazásával. Különböző törésmutatójú lencsék kombinálásával, egymáshoz ragasztásával a színfelbontás részben korrigálható, de ekkor a fényelnyelésből adódó veszteség még jelentősebb. A lencse méretének növelésével egyre bonyolultabb az optikai elemek mechanikai szerelése is. A lencse megfelelő befogása miatt ugyanis mechanikai problémák jelentkeznek. A legnagyobb objektívátmérőjű refraktort 1879-ben helyezték üzembe Chicago mellett. Mind a mai napig ez a világ legnagyobb refraktora. A huszadik század elejétől kezdve a csillagászatban a lencsés távcsöveket fokozatosan kiszorították a tükrös teleszkópok.

Refraktor - Lencsés távcső
















A reflektorok, azaz tükrös távcsövek ma már egyeduralkodók a csillagászati megfigyelésben. A legnagyobb reflektorok tükrének átmérője ma már 8 méter felett van. Az első tükrös távcsövet a 17. században Newton szerkesztette meg. A mai Newton-rendszerű tükrös távcsövekben a fényt egy forgási paraboloid alakú főtükör gyűjti össze. A fénysugarak a fókuszban, vagyis a fókuszban való találkozás előtt egy 45°-os szögben álló sík segédtükörre esnek. Erről visszaverődnek és a cső oldalán lévő okulárhoz jutnak, itt figyelhető meg a keletkező kép.

Reflektor - Tükrös távcső






























A tükrös távcsöveknek többféle típusa is van. A Cassegrain-rendszerű tükrös távcsövek főtükre forgási paraboloid alakú. Az innen visszaverődő fénysugarak összetartók. Még mielőtt a fókuszban találkoznának, előbb egy forgási hiperboloid alakú segédtükörhöz jutnak, mely visszaveri őket. A főtükör közepén lévő lyukon keresztül a főtükör mögött elhelyezkedő okulárhoz érkeznek, ahol megfigyelhető a kapott kép. Megfelelő műszer, pl. különleges kamera, fotométer, spektrográf rögzíti, illetve elemzi a képet.

A Schmidt-rendszerű tükrös távcsövek főtükre gömb alakú. A fókuszban keletkező kép nem sík, hanem görbült. Ezért az odahelyezett fotólemez meg van görbítve. Így a leképezés a lemez széleinél is hibátlan. A távcső különlegessége a tubus elején elhelyezett korrekciós lencse. Ez lehetővé teszi a nagy látómezőt, a nagykiterjedésű égboltterületek fényképezését. A Schmidt-távcsöveket az utóbbi évtizedekben az égbolt rendszeres fényképezésére használják.