V červnu 1889, asi rok před jeho předčasnou smrtí, skvělý holandský postimpresionista Vincent Van Gogh zuřivě dokončil Hvězdná noc při pobytu v klášteře Saint-Paul de Mausole, duševním azylu nacházejícím se v jižní Francii. Obraz zobrazuje skromnou vesnici zasazenou mezi modrý klid zvlněných kopců a kouzelnou oblohu plnou kometovitých mraků a hvězdami velikosti hvězdy Ruských kol. Přestože Van Gogh během svého života prodal pouze jeden obraz, toto umělecké dílo se stalo ikonou. V něm zachytil dětský zázrak, že dospělí dokážou rozpoznat, kdo nestál venku a kolísali ho třpytivé hvězdy slavící nad hlavou. Krásné snímky hlubokého vesmíru mohou vyvolat podobné vzrušení od astronomických nadšenců. Fotografové, kteří je vyrábějí, se však o hvězdy více zajímají, když jsou klidní.
Hvězdná noc (1889) nebyl jediný obraz, který Van Gogh vytvořil a zobrazoval noční oblohu. Ve skutečnosti toto plátno nebylo jeho oblíbené, protože nebylo tak realistické, jak si původně představoval. Například o rok dříve produkoval Hvězdná noc nad Rhone (1888) a Café Terrace v noci (1888). Oba tyto prvky mají společné prvky, ale každá z nich je také jedinečná - starší verze zahrnují lidi a hvězdy například hrají sníženou roli. Přesto všechna tři tato díla uchvátila miliony lidí a každý den se kolem nich v jejich muzeích shromáždily stovky milovníků umění, kteří dělali osobní interpretace sobě i ostatním, kteří budou poslouchat.
Je zajímavé, že to, co dělá nezapomenutelné umění, může také vést k zapomenutelným astronomickým obrazům. Přesněji řečeno, oslnivé ohňostroje v každém z obrazů Van Gogha představují hvězdy, které se třpytí a blikají.
Žijeme na dně oceánu plynů primárně složeného z dusíku (78%), kyslíku (21%) a Argonu (1%) plus řady dalších složek včetně vody (0 - 7%), „skleníkových“ plynů nebo ozon (0 - 0,01%) a oxid uhličitý (0,01 až 0,1%). Rozkládá se vzhůru z povrchu Země do výšky asi 560 mil. Při pohledu z oběžné dráhy Země se naše atmosféra jeví jako měkká modrá záře těsně nad obzorem naší planety. Všechny věci, které pozorujeme a které existují mimo naši planetu - Slunce, Měsíc, blízké planety, hvězdy a všechno ostatní, se dívají skrze toto zasahující médium, které nazýváme atmosférou.
Je neustále v pohybu, mění hustotu a složení. Hustota atmosféry se zvyšuje, když se přibližuje k zemskému povrchu, i když to není vůbec jednotné. Působí také jako hranol, když světlo přechází. Například paprsky světla jsou zakřivené, když procházejí oblastmi různé teploty a ohýbají se směrem k chladnějšímu vzduchu, protože je hustší. Protože teplý vzduch stoupá a chladnější vzduch sestupuje, vzduch zůstává turbulentní, a tak světelné paprsky ze směru změny prostoru neustále. Vidíme tyto změny jako záblesky hvězd.
Horizontálně foukající chladnější nebo teplejší větry mohou také způsobit rychlé změny hustoty vzduchu, které náhodně změní cestu, kterou světlo prochází. Větry vyfukující ze čtyř rohů tak přispívají také k chvění hvězd. Vzduch však může také způsobit, že hvězdy rychle posunou zaostření, což způsobí, že se náhle ztlumí, rozjasní nebo změní barvu. Tento efekt se nazývá scintilace.
Zajímavé je, že vzduch může být v pohybu, i když nemůžeme cítit, jak jeho vítr fouká - síly větru nad našimi hlavami mohou také způsobit třepání hvězd. Například proud paprsků, skupina relativně úzkých proudů obíhajících kolem světa, která se nachází asi šest až devět mil nahoře, neustále mění své umístění. Obecně fouká od západu na východ, ale jeho relativní poloha sever-jih zůstává ve stavu neustálé revize. To může mít za následek vysoce nestabilní atmosférické podmínky, které nemohou být snímány na zemi, ale proud paprsku bude produkovat oblohu plnou twinklerů, pokud protéká vaším místem!
Protože planety jsou blíže než hvězdy, jejich velikost může být viděna jako disk, který je větší než lomový posun způsobený větrnými turbulencemi. Proto jen zřídka zajiskřují nebo tak činí pouze za extrémních podmínek. Například hvězdy i planety jsou prohlíženy mnohem silnějšími vrstvami atmosféry, když jsou blízko obzoru, než když jsou nad hlavou. Proto budou třpytit i tancovat, když stoupají nebo zapadají, protože jejich světlo prochází mnohem hustším množstvím vzduchu. Podobný efekt nastává při sledování vzdálených městských světel.
Blikání, které vidíme v noci s hvězdami, je stokrát zvětšeno dalekohledem. Ve skutečnosti může twinkling vážně snížit účinnost těchto nástrojů, protože vše, co lze pozorovat, je neostré, náhodně se pohybující kuličky světla. Zvažte, že většina astronomických fotografií je vytvořena přidržením závěrky fotoaparátu po dobu několika minut nebo hodin. Stejně jako musíte připomenout vašemu subjektu, aby při fotografování zůstal stát, astronomové chtějí, aby hvězdy zůstaly nehybné, protože jejich fotografie budou rozmazané. Jedním z důvodů, proč jsou observatoře umístěny na horských vrcholech, je snížení množství vzduchu, kterým musí dalekohledy procházet.
Astronomové odkazují na účinek atmosférických turbulencí jako vidění. Mohou změřit jeho účinek na svůj pohled na prostor pomocí výpočtu průměru fotografických hvězd. Například, pokud by mohl být snímek hvězdy pořízen s okamžitou expozicí, hvězda by se teoreticky objevila jako jediný bod světla, protože žádný dalekohled dosud nedokáže vyřešit skutečný disk hvězdy. Fotografování hvězd si však vyžaduje dlouhou expozici a zatímco je otevřena závěrka fotoaparátu, blikání a scintilace způsobí, že se hvězda bude tančit a bude se pohybovat a zaostřovat. Protože jeho gyrace jsou náhodné, bude mít hvězda tendenci vytvářet kulatý vzor, který je symetrický na všech stranách jeho skutečného umístění uprostřed.
Můžete to dokázat sami, pokud máte chvilku a jste zvědaví. Pokud například vezmete tužku nebo magickou značku svázanou krátkou šňůrou na špendlík, který je zaseknutý v kusu lepenky nebo velmi těžkého papíru, pak přepisujte psací nástroj bez vyjmutí špendlíku, postupem času byste vytvořili něco, co vypadá zhruba jako kruh. Výsledkem bude kruhový doodle, protože řetězec omezuje vaši maximální vzdálenost od centrálního čepu. Čím delší je řetězec, tím větší kruh. Hvězdy se chovají takto, protože jejich světlo je zaznamenáno na dlouhé expoziční fotografii. Dobré vidění vytváří krátký optický řetězec (špatné vidění prodlužuje řetězec), skutečné umístění hvězdy se stává středovým kolíkem a hvězda se chová jako psací nástroj, jehož světlo zanechává na zobrazovacím čipu fotoaparátu značku. Čím horší je vidění a čím více tančí během expozice, tím větší je disk, který se objeví na konečném obrázku.
Špatné vidění tedy způsobí, že se velikost hvězd objeví na fotografiích větší než ty, které byly pořízeny během dobrého vidění. Viděná měření se nazývají Full Width Half Maximum Maximum nebo FWHM. Jde o odkaz na nejlepší možné úhlové rozlišení, kterého lze dosáhnout optickým nástrojem na snímku s dlouhou expozicí a odpovídá průměru hvězdy. Nejlepší vidění poskytne průměr FWHM asi 4 (4) vteřiny. Aby to bylo možné, museli byste být na vysoké observatoři nebo na malém ostrově, jako je Havaj nebo La Palma. Dokonce i na těchto místech je tento typ velmi vysoké kvality vidět jen zřídka.
Amatérští astronomové se také zajímají o vidění. Amatér musí obvykle tolerovat podmínky vidění, které jsou stokrát horší než ty, které jsou nejlépe pozorovány ze vzdálených astronomických instalací. Je to jako srovnávat hrášek s baseballem v těch nejextrémnějších případech. To je důvod, proč amatérské fotografie nebes mají hvězdy, které mají mnohem větší průměr než ty z profesionálních observatoří, zejména když astronomové dvorku používají dalekohledy s dlouhou ohniskovou vzdáleností. To lze také rozpoznat na širokoúhlém poli, krátké ohniskové délce, neprofesionálních obrazech, když jsou zvětšeny nebo studovány pomocí lupy.
Amatéři mohou podniknout kroky ke zlepšení svého vidění odstraněním teplotního rozdílu mezi místními zdroji tepla a vzduchem nad jejich dalekohledy. Například amatéři často připravují své nástroje venku těsně po západu slunce a nechají sklo, plast a kov v nich stát stejnou teplotu jako okolní vzduch. Nedávné studie také ukázaly, že mnoho problémů se zrakem začíná hned nad primárním zrcadlem dalekohledu. Bylo prokázáno, že stálý, jemný proud vzduchu procházejícího přes primární zrcadlo výrazně zlepšuje teleskopické vidění. Zabránění nárůstu tělesného tepla před dalekohledem také pomáhá a umístění přístroje na tepelně přátelské místo, jako je otevřené pole trávy, může přinést překvapivé výsledky. Oboustranné dalekohledy jsou také lepší než teleskopy s primárními zrcátky ve spodní části trubice.
Profesionální astronomové mají také strategie zlepšování. Jejich řešení však bývají extrémně drahá a tlačí obálku moderních technologií. Například vzhledem k tomu, že atmosféra nevyhnutelně způsobuje špatné vidění, není již příliš přitažlivé uvažovat o umístění dalekohledu nad ní na orbitu Země. Proto byl Hubbleův vesmírný dalekohled zkonstruován a vypuštěn z Cape Canaveral na palubu raketoplánu Challenger v dubnu 1990. Ačkoliv je jeho primární zrcadlo v průměru jen asi sto palců, vytváří ostřejší obrazy, které jakýkoli dalekohled nachází na Zemi, bez ohledu na jejich velikost. Ve skutečnosti jsou obrázky Hubbleova vesmírného dalekohledu měřítkem, na kterém se měří všechny ostatní teleskopické obrázky. Proč jsou tak ostrí? HST obrázky nejsou ovlivněny viděním.
Od uvedení Hubbleova vesmírného dalekohledu do provozu se technologie výrazně zlepšila. Během let, které uplynuly od jejího zavedení, americká vláda de-klasifikovala svou metodu pro ostření pohledu na špionážní satelity, které udržují přehled o Zemi. Říká se tomu adaptivní optika a vytvořila revoluci v astronomických obrazech.
Účinky vidění mohou být v zásadě negovány, pokud dáte dalekohled nebo změníte jeho zaměření v přesném opačném směru než nasties způsobené atmosférou. To vyžaduje vysokorychlostní počítače, jemné servomotory a optiku, která je flexibilní. To vše bylo možné během 90. let. Existují dvě základní profesionální strategie, jak omezit účinky špatného vidění. Jeden mění křivku primárního zrcadla a druhý pohybuje světelnou cestou, která dosáhne kamery. Oba spoléhají na sledování referenční hvězdy poblíž polohy, kterou pozoruje astronom, a pozorováním toho, jak je reference ovlivněna viděním, mohou rychlé počítače a servomotory zavádět optické změny na hlavní dalekohled. Nová generace velkých dalekohledů je ve vývoji nebo konstrukci, která umožní pozemním přístrojům pořizovat vesmírné snímky, které soupeří s dalekohledem Hubble.
Jedna metoda zahrnuje stovky malých mechanických pístů umístěných pod a rozprostřených za zadní částí relativně tenkého primárního zrcadla. Každá pístní tyč tlačí zadní část zrcadla tak nepatrně, aby se jeho tvar změnil natolik, aby pozorovanou hvězdu přivedl zpět do mrtvé polohy a v dokonalém zaostření. Jiný přístup používaný u profesionálních dalekohledů je o něco méně komplikovaný. Zavádí malé ohebné zrcadlo nebo objektiv umístěný blízko kamery, kde je světelný kužel relativně malý a koncentrovaný. Sklopením nebo naklopením malého zrcadla nebo čočky v protikladu k záblesku referenční hvězdy se eliminují problémy s viděním. Optické úpravy, které kterékoli řešení iniciuje, jsou prováděny neustále během pozorovací relace a každá změna nastává za zlomek sekundy. Díky úspěchu těchto technologií jsou nyní považovány za možné obrovské pozemní dalekohledy. Astronomové a inženýři předpokládají dalekohledy s lehkými sběrnými plochami, jako jsou fotbalová hřiště!
Je zajímavé, že amatérští astronomové mají také přístup k jednoduché adaptivní optice. Jedna společnost se sídlem v Santa Barbara v Kalifornii byla průkopníkem ve vývoji jednotky, která může snížit účinky špatného vidění nebo špatně zarovnaných držáků dalekohledů. Adaptivní optická zařízení firmy pracují ve spojení s astronomickými kamerami a používají malé zrcadlo nebo objektiv k posunu světla dosahujícího zobrazovací čip.
Astronom Frank Barnes III se také zajímal o to, když vytvořil tento nápadný obraz hvězdokupy a mlhoviny umístěné v souhvězdí Cassiopeia. Je to malá část Mlhoviny duše, která byla v J.L.E. označena jako IC 1848. Dreyerův mezník druhý indexový katalog (IC) (publikovaný v roce 1908 jako doplněk k jeho původním novým obecným a prvním indexovým kompilacím).
Frank hlásil, že jeho vidění bylo příznivé a produkoval hvězdné velikosti s FWHM mezi 1,7 až 2,3 ″ za každou ze svých třicet jedna a třicetiminutových expozic. Všimněte si velikosti hvězd na tomto obrázku - jsou velmi malé a pevné. Toto je potvrzení přiměřeně dobrého vidění!
Mimochodem, barvy na tomto obrázku jsou umělé. Stejně jako mnoho astronomů trápených místním nočním světelným znečištěním, Frank vystavil své obrázky pomocí speciálních filtrů, které umožňují, aby světlo emitované určitými prvky dosáhlo detektoru fotoaparátu. V tomto příkladu červená představuje sodík, zelená označuje vodík a modrá odhaluje přítomnost kyslíku. Tento obrázek zkrátka ukazuje nejen, jak tato oblast ve vesmíru vypadá, ale z čeho je vyrobena.
Je také pozoruhodné, že Frank vytvořil tento pozoruhodný snímek pomocí 6,3 megapixelového astronomického fotoaparátu a 16palcového dalekohledu Ritchey-Chretien mezi 2. a 4. říjnem 2006.
Máte fotografie, které chcete sdílet? Zveřejněte je na astrofotografickém fóru Space Magazine nebo je pošlete e-mailem a my bychom je mohli mít v Space Magazine.
Napsal R. Jay GaBany
