Το Τηλεσκόπιο. Ιάκωβος Τζώκας. Μαθητής Β4 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης. Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος

Transcript

1 Το Τηλεσκόπιο Ιάκωβος Τζώκας Μαθητής Β4 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος Καθηγητής Πληροφορικής Ελληνικού Κολλεγίου Θεσσαλονίκης Ημερομηνία: 29/11/2013 Ω, Τηλεσκόπιο, Όργανο τόσης γνώσης Πολυτιμότερο απο κάθε σκήπτρο, δε γίνετε κείνος που σε κρατά στο Χέρι του βασιλίας και κύριος των έργων του Θεού; Johannes Kepler ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: τηλεσκόπιο, συλλογή φωτός, εικόνα. Ο γενικός ορισμός του τηλεσκοπίου είναι: "Το τηλεσκόπιο είναι ένα όργανο για την θέση απομακρυσμένων αντικειμένων". Οι περισσότεροι άνθρωποι πιστεύουν ότι το τηλεσκόπιο κυρίως μεγεθύνει, αλλά όσο περισσότερο μεγεθύνεις μια εικόνα σε ένα τηλεσκόπιο τόσο πιο σκοτεινή και θολή γίνεται η εικόνα. Έτσι, ένα τηλεσκόπιο για να είναι χρήσιμο θα πρέπει εκτός από τη μεγέθυνση να κρατά φωτεινή και να καθαρή την εικόνα. Όλα τα οπτικά τηλεσκόπια θα πρέπει να πληρούν τις τρεις παρακάτω προϋποθέσεις: Να συγκεντρώνουν φως για να κρατούν φωτεινό το είδωλο, να δίνουν καθαρή εικόνα και να μεγεθύνουν. Κάθε μια από αυτές τις προϋποθέσεις εξαρτάται άμεσα από τη διάμετρο του αντικειμενικού φακού ή κατόπτρου. Ή πιο απλά, όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος που έχει ο αντικειμενικός φακός ή κάτοπτρο του τηλεσκοπίου τόσο καλύτερα αυτό θα αποδίδει. Το τηλεσκόπιο λειτουργεί σαν χοάνη φωτός. Αν πάρετε όλο το φως που μπαίνει στο τηλεσκόπιο, δηλαδή το φως που πέφτει πάνω στον αντικειμενικό φακό ή κάτοπτρο και το συγκεντρώσετε σε μια μικρή εικόνα ώστε να χωρά μέσα από την κόρη του ματιού, τότε έχετε αυξήσει τη συγκέντρωση φωτός σ' αυτή τη μικρή περιοχή και η εικόνα είναι πολύ πιο φωτεινή. Αυτό γίνεται και σε ένα τηλεσκόπιο. Ο αντικειμενικός είναι κυρτός και συγκεντρώνει το φως φέρνοντας τις ακτίνες προς το κέντρο. Για να υπολογίσετε την ικανότητα συλλογής φωτός ενός τηλεσκοπίου απλά εφαρμόστε τον τύπο:

2 Ικανότητα Συλλογής Φωτός = (Διάμετρος αντικειμενικού mm/ 7mm)^2 Σημείωση: η διάμετρος μετράται σε mm (1 ίντσα = 25,4mm). Για παράδειγμα ας υπολογίσουμε την ικανότητα συλλογής φωτός πέντε τηλεσκοπίων με διαφορετική διάμετρο. (2"x 25,4= 50,8mm διάμετρος/7)^2 = 53 φορές μεγαλύτερη από το μάτι Η ικανότητα συλλογής φωτός εξαρτάται επίσης από τη διαδρομή του φωτός μέσα στο τηλεσκόπιο. Το φως στην πορεία του συναντά πολλά εμπόδια όπως δευτερεύοντα κάτοπτρα, στρώματα επικάλυψης και διαφράγματα που έχουν σημαντική επίπτωση στην ικανότητα συλλογής φωτός. Στην πραγματικότητα, για να αυξηθεί η ικανότητα συλλογής φωτός ενός τηλεσκοπίου θα πρέπει να αυξηθεί η διάμετρος του κυρίως φακού ή κατόπτρου. ΓΩΝΙΑ ΔΙΑΚΡΙΣΗΣ (resolving power) ή διακριτική ικανότητα, είναι η δυνατότητα που έχει ένα τηλεσκόπιο να δίνει ευκρίνεια, δηλαδή να ξεχωρίζει το φως σε ανεξάρτητα φωτεινά σημεία. Π.χ. Την επόμενη φορά που θα ανεβείτε νύχτα σε αυτοκίνητο σε έναν επίπεδο και μακρύ δρόμο, προσέξτε ένα αυτοκίνητο που σας πλησιάζει από το αντίθετο ρεύμα. Αρχικά, σε μεγάλη απόσταση τα φώτα θα εμφανιστούν σαν ένα και καθώς έρχονται πιο κοντά αρχίζουν να διαχωρίζονται σε δύο δέσμες φωτός. Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς εμφανίζονται τα φώτα όταν το αυτοκίνητο είναι μακριά (σημείο Α) και πως όταν πλησιάζει (σημείο Γ). Βέβαια, ποτέ μην επιχειρήσετε να κάνετε αυτή τη δοκιμή στη θέση του οδηγού γιατί μπορεί να προκαλέσετε ατύχημα. Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει όταν παρατηρούμε τον ουρανό. Μπορεί να βλέπουμε μόνο ένα αστέρι με τα μάτια μας, αλλά μέσα από ένα τηλεσκόπιο βλέπουμε πλήθος άστρων λόγω της διακριτικής ικανότητας που έχει ένα τηλεσκόπιο. Με το γυμνό μάτι μπορούμε να διακρίνουμε αντικείμενα που απέχουν κατά προσέγγιση 6 λεπτά της μοίρας. Για να υπολογίσετε την γωνία διάκρισης ενός τηλεσκοπίου εφαρμόστε τον τύπο: Γωνία διάκρισης (σε δευτερόλεπτα της μοίρας - arc seconds) = 4,56 / Διάμετρος αντικειμενικού "σε ίντσες" = 4,56 * 25,4/Διάμετρος αντικειμενικού "σε mm" Ας χρησιμοποιήσουμε τον τύπο για να υπολογίσουμε τη γωνία διάκρισης για κάποια τηλεσκόπια : 4,56 / 2" διάμετρος = 2,28 δευτερόλεπτα της μοίρας

3 Έτσι, γνωρίζοντας την γωνία διάκρισης ενός τηλεσκοπίου και τη γωνία διαχωρισμού δύο αντικειμένων μπορούμε να πούμε αν είναι δυνατό αυτά να φαίνονται σαν ξεχωριστά αντικείμενα ή όχι. Το σχήμα που ακολουθεί δείχνει τη γωνία διάκρισης με γκρι χρώμα. Αν η γωνία αυτή μεταξύ δύο άστρων είναι ίση ή μεγαλύτερη από τη γωνία αυτή τότε θα βλέπουμε να απεικονίζονται δύο άστρα και αν όχι τα άστρα θα εμφανίζονται σαν ένα Προσέξτε ότι ένα τηλεσκόπιο με μεγάλη διάμετρο μπορεί να διακρίνει καλύτερα τα αντικείμενα γιατί έχει μικρότερη γωνία διάκρισης. ΜΕΓΕΘΥΝΣΗ: Η τρίτη παράμετρος ενός τηλεσκοπίου είναι η μεγέθυνση η οποία υλοποιείται στον προσοφθάλμιο και όχι στον αντικειμενικό φακό(ή κάτοπτρο). Ο αντικειμενικός παίρνει τις ακτίνες φωτός και τις συμπυκνώνει σε μια μικρή - φωτεινή και καθαρή εικόνα (σμίκρυνση). Ο προσοφθάλμιος κάνει ακριβώς το αντίθετο. Παίρνει την μικρή εικόνα και την μεγεθύνει ελαφρώς έτσι ώστε να χωρά στο μέγεθος της κόρης του ματιού. Καθώς η εικόνα μεγαλώνει για να μπορέσουμε να τη δούμε, χάνουμε μέρος από την ανάλυση και τη φωτεινότητα γιατί ο προσοφθάλμιος λειτουργεί αντίστροφα από το τηλεσκόπιο. Ενώ το τηλεσκόπιο σμικρύνει την εικόνα του παίρνει με τον αντικειμενικό φακό, (το συγκεντρώνει σε μια μικρή περιοχή), ο προσοφθάλμιος μεγεθύνει ελαφρά την εικόνα. Φαίνεται παράλογο να σμικρύνεται και στη συνέχεια να μεγεθύνεται, αλλά αυτό είναι απαραίτητο ώστε να μπορούμε να εστιάζουμε και να επιλέγουμε διαφορετικές μεγεθύνσεις για κάθε αντικείμενο. Στην πραγματικότητα η μεγέθυνση της εικόνας είναι ένα πολύ μικρό ποσοστό σε σχέση με τη συνολική σμίκρυνση που επιτυγχάνει το τηλεσκόπιο. Όταν μια εικόνα μεγεθύνεται είναι σαν να μεγαλώνουμε μια φωτογραφία. Η εικόνα είναι μεγαλύτερη αλλά ταυτόχρονα γίνεται σκοτεινή και θολή. Όσο πιο πολύ μεγεθύνεται μια εικόνα τα φωτεινά σημεία μιας εικόνας απομακρύνονται με αποτέλεσμα μια σκοτεινή εικόνα. Για αυτό τον λόγο οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τους δυο παρακάτω πρακτικούς κανόνες για τη μεγέθυνση. 1. Ελάχιστη Μεγέθυνση = 4 φορές την διάμετρο του αντικειμενικού σε ίντσες 2. Μέγιστη Μεγέθυνση = 50 φορές την διάμετρο του αντικειμενικού σε ίντσες

4 Για παράδειγμα ας υπολογίσουμε τις μέγιστες και ελάχιστες τιμές πρακτικής μεγέθυνσης για μερικά τηλεσκόπια: 2" διάμ. X 4 = Χ8 ελάχιστη μεγέθυνση Ιστορική εξέλιξη του τηλεσκόπιου. Το 1608,ο Hans Lippershey,κατασκεαζει το πρώτο τηλεσκόπιο. Τον Οκτώβριο του 1608, αιτείτε στην Ολλανδική κυβέρνιση, την κατοχύρωση της εφεύρεσης. Η Ολλανδική κυβέρνιση αρνείται, του χορηγεί όμως τιμητικό δίπλωμα. Το 1609, ο Γαλιλαίος, κατασκευάζει το πρώτο διοπτικό τηλεσκόπιο. Με αυτό παρατηρεί τον πλανήτη Δία, διαπιστώνει την ύπαρξη δορυφόρων του και διατυπώνει την θεωριά του ηλιοκεντρικού συστήματος. Έκανε με αυτό πολύ συχνά ηλιακές παρατηρήσεις με αποτέλεσμα να τυφλωθεί. Το 1668 ο Ισαάκ Νεύτον εφευρίσκειτο κατοπτικό τηλεσκόπιο, το πλέον διαδεδομένο, μεταξύ ερασιτεχνών και επαγγελματιών αστονόμων. Το 1672, ο Laurent Cassegrain, βασιζόμενος στο κατοπτρικό τηλεσκόπιο, του Νεύτωνα, εφευρίσκει τα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια. Η ιδέα του δημοσιεύεται στο Παρίση την ίδια

5 χρονιά, χωρίς να τεθεί σε πράξη. Η ιδέα του αναβιώνει τον 20 ο αιώνα, πλέον αυτός ο τύπος τηλεσκοπίου κατασκευάζεται μαζικά. Κατοπτρικά ή Νευτώνεια (τηλεσκόπια ανάκλασης) Τα κατοπτρικά τηλεσκόπια χρησιμοποιούν ένα κάτοπτρο για να συγκεντρώσουν το φως. Το άνοιγμα αυτών των τηλεσκοπίων αναφέρεται στην διάμετρο του κύριου κατόπτρου. Στην συνέχεια με ένα δευτερεύον κάτοπτρο σε γωνία 45 μοιρών στέλνουν το φως στον προσοφθάλμιο. Τα Νευτώνεια τηλεσκόπια φαίνονται λίγο παράξενα σε έναν αρχάριο μιας και ο παρατηρητής δεν κοιτάει από το πισω άκρο τους όπως είναι η συνήθης εικόνα που έχουμε για τα τηλεσκόπια αλλά μέσα από έναν φακό που βρίσκεται λίγο πριν το μπροστινό τους άκρο. Είναι από τα πιο δημοφιλή σχέδια τηλεσκοπίων γιατί είναι σχετικά φθηνά και με πολύ καλή απόδοση ενώ συχνά έρχονται πρώτα στις προτιμήσεις των καινούριων στην αστρονομία.

6 Πλεονεκτήματα: Είναι αρκετά φθηνά, προσφέρουν την καλύτερη αναλογία ανοίγματος/χρημάτων, δεν δημιουργούν χρωματικές αλλιώσεις και έχουν πολύ καλή γενική απόδοση και είναι ικανοποιητικά για όλων των ειδών τις παρατηρήσεις. Είναι τα μόνα που παραμένουν σχετικά προσιτά σε πολύ μεγάλα ανοίγματα. Μειονεκτήματα: Δεν έχουν πολύ καλή αντίθεση (contrast) Διοπτρικά (τηλεσκόπια διάθλασης) Tα διοπτρικά τηλεσκόπια είναι ο τύπος τηλεσκοπίου που ανταποκρίνεται στην εικόνα που έχει ένας αρχάριος για το τηλεσκόπιο. Χρησιμοποιούν έναν φακό που διαθλά το φως και το συγκεντρώνει στο πίσω άκρο. Η διάμετρος του φακού καθορίζει το άνοιγμα του διοπτρικού τηλεσκοπίου. Συνήθως χρησιμοποιούνται από τους ερασιτέχνες μόνο σε μικρά μεγέθη μιας και σε μεγάλα μεγέθη είναι ακριβά και προορίζονται για εξειδικευμένες χρήσεις. Μπορούμε να πούμε ότι τα διοπτρικά είναι μια κατηγορία τηλεκσοπίων που έχουν χάσει την παλιά τους κυριαρχία και πλέον δεν συγκινούν εύκολα τους ερασιτέχνες.

7 Καταδριοπτικα Τα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια ποικίλλουν σε τύπους. Γενικά, χρησιμοποιούν και φακούς και κάτοπτρα, γεγονός που εξηγεί και την ονομασία τους. Το κύριο όργανο συγκέντρωσης του φωτός είναι ένα πρωτεύων κάτοπτρο το οποίο και καθορίζει το άνοιγμα του τηλεσκοπίου. Πέρα από αυτό, συνήθως χρησιμοποιούνται δευτερεύοντα κάτοπτρα και διορθωτικοί φακοί. Τα πιο δημοφιλή είναι τα κατοπτρικά Σμιτ-Κασγκρέν (Schmidt-Cassegrain Reflectors) τα οποία με την καλή απόδοσή τους και το μικρό τους μέγεθος προκάλεσαν επανάσταση στα αστρονομικά τηλεσκόπια. Επίσης, πολύ καλής απόδοσης είναι και τα τηλεσκόπια τύπου Μάξουτοφ- Κασγκρέν (Maksutov-Cassegrain Reflectors). Τα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια είναι πλέον η πρώτη επιλογή των απαιτητικών ερασιτεχνών καθώς είναι εξαιρετικά και για αστροφωτογραφία. Τα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια ποικίλλουν σε τύπους. Γενικά, χρησιμοποιούν και φακούς και κάτοπτρα, γεγονός που εξηγεί και την ονομασία τους. Το κύριο όργανο συγκέντρωσης του φωτός είναι ένα πρωτεύων κάτοπτρο το οποίο και καθορίζει το άνοιγμα του τηλεσκοπίου. Πέρα από αυτό, συνήθως χρησιμοποιούνται δευτερεύοντα κάτοπτρα και διορθωτικοί φακοί. Τα πιο δημοφιλή είναι τα κατοπτρικά Σμιτ-Κασγκρέν (Schmidt-Cassegrain Reflectors) τα οποία με την καλή απόδοσή τους και το μικρό τους μέγεθος προκάλεσαν επανάσταση στα αστρονομικά τηλεσκόπια. Επίσης, πολύ καλής απόδοσης είναι και τα τηλεσκόπια τύπου Μάξουτοφ-Κασγκρέν (Maksutov-Cassegrain Reflectors). Τα καταδιοπτρικά τηλεσκόπια είναι πλέον η πρώτη επιλογή των απαιτητικών ερασιτεχνών καθώς είναι εξαιρετικά και για αστροφωτογραφία.

8 Πλεονεκτήματα: Είναι εύκολα στην μεταφορά, προσφέρουν πολύ καλή εικόνα και κάνουν για όλα τα είδη παρατηρήσεως. Μειονεκτήματα: Είναι ακριβούτσικα αν και οι τιμές τους έχουν πέσει αισθητά. ΤΟ διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων X CHANDRA Το διαστημικό τηλεσκόπιο X CHANDRA χρησιμοποιείται για τη μελέτη των εκπομπών ακτινών Χ και είναι ευαίσθητο σε πηγές ακτινών Χ που είναι 100 φορές ασθενέστερες άο οποιοδήποτε άλλο τέτοιας μορφής τηλεσκόπιο λ ογο της υψηλής γωνιακής διακριτικής των κατόπτρων του. Η χρήση του διαστημικού τηλεσκοπίου CHANDRA ανοίγει νέους ορίζοντες και προπτικές στην μελέτη και έρευνα των αντικειμένων του βαθέως διαστήματος. Οι ανάγκες που οδήγησαν τον άνθρωπο στην ανακάλυψη και στη συνεχή βελτίωση του τηλεσκοπίου. Από αρχαιολογικές ανακαλύψεις βλέπουμε ότι από τους πρώτους κιόλας πολιτισμούς που αναπτύχθηκαν στη γη (Σουμέριοι, Φοίνικες, Χετταίοι, Αιγύπτιοι, Έλληνες, Αζτέκοι κ.α.) οι άνθρωποι ασχολήθηκαν με την παρατήρηση του ουρανού και των ουράνιων σωμάτων. Κατάλαβαν από τότε τη σημασία και την επίδραση που έχουν αυτά στην ζωή τους. Σχεδόν ταυτόχρονα εμφανίστηκαν διάφορες επιστήμες που το αντικείμενό τους είχε άμεση ή και έμμεση σχέση με την παρατήρηση του ουρανού (αστρονομία, αστρολογία, αστροφυσική, κ.α.) Έτσι ήταν απαραίτητη η ανακάλυψη και ανάπτυξη εργαλείων για την επίτευξη των παραπάνω στόχων. Το βασικό βέβαια εργαλείο ήταν το τηλεσκόπιο. Από τα ψηλά κτίρια παρατήρησης έως το τηλεσκόπιο του Νεύτωνα και μέχρι τα υπερτηλεσκόπια των ημερών μας χρειάσθηκαν να περάσουν αιώνες παρατηρήσεων και έρευνας. Σε αυτό το διάστημα οι νέες ανακαλύψεις δημιουργούσαν την ανάγκη συνεχών βελτιώσεων των δυνατοτήτων του τηλεσκοπίου. Έτσι από την απλή παρατήρηση του ουρανού και την κίνηση των ορατών ουράνιων σωμάτων φτάσαμε στην παρακολούθηση του πλανητικού μας συστήματος, του

9 γαλαξία μας και στην παρακολούθηση συμβάντων και γεγονότων που συμβαίνουν χιλιάδες έτη φωτός μακριά μας. Τις τελευταίες δεκαετίες η αλματώδης ανάπτυξη της τεχνολογίας «συμπεριέλαβε» και το τηλεσκόπιο. Καθημερινά ακούμε και διαβάζουμε για την ανακάλυψη νέων πλανητών και συστημάτων. ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟ ΤΗΛΕΣΚΟΠΙΟ HUBBLE Μεταξύ των τηλεσκοπίων διαστημικού τύπουέχει την αδιαφιλονίκητη πρωτοκαθεδρία. Από την πλεονεκτική του θέση πάνω από την «θολή» γήινη ατμόσφαιρα, μπορεί να «δει» βαθύτερα στο σύμπαν και με μεγαλύτερη ευκρίνια απο οποιοδήποτε άλλο. Τέθηκε σε τροχιά από το αμερικανικό Διαστημικό Λεωφορείο Ντισκάβερι τον Απρίλιο του 1990 και έχει πάρει το όνομά του από τον αστρονόμο Έντγουιν Χαμπλ. Αν και δεν ήταν το πρώτο διαστημικό τηλεσκόπιο, ήταν ένα από τα πιο ευέλικτα και έδωσε σημαντικά αποτελέσματα με εικόνες που δεν ήταν εφικτό να ληφθούν από τα επίγεια τηλεσκόπια. Το Χαμπλ προβλέπεται να λειτουργήσει μέχρι το Το ΔΤΧ είναι προϊόν της συνεργασίας ΝΑΣΑ και ΕΣΑ. Αναπτύχθηκε στα πλαίσια του προγράμματος μεγάλων παρατηρητηρίων, μαζί με το τηλεσκόπιο ακτίνων γ Κόμπτον, το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Τσάντρα, και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Σπίτζερ

10 ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ Ο.Φ.Α. ΠΡΟΣΩΠΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΕΡΑΣΙΤΕΧΝΙΚΑ ΤΗΛΕΣΚΟΠΙΑ ΕΙΣΗΓΗΤΕΣ: ΓΙΑΟΥΡΤΣΗΣ ΘΕΟΔΟΡΟΣ ΜΑΤΤΑΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ- Ο.Φ.Α. ΕΛΛΗΝΕΣ ΑΣΤΡΟΝΟΜΟΙ 8 ο ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΕΡΑΣΙΤΕΧΝΙΚΗΣ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑΣ ΘΑΣΟΣ 2013 ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΜΥΛΩΝΑΚΗΣ ( ΣΕΛΙΔΑ18,20) ΕΚΔΟΣΗ: ΟΡΓΑΝΩΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΤΟΥ 8 ο ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΥ ΣΥΝΕΔΡΙΟΥ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑΣ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΝΕΔΡΙΟΥ ΔΙΑΣΤΗΜΙΚΟ ΤΗΛΕΣΚΟΠΙΟ hubble Ο ΚΑΘΡΕΦΤΗΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ :ROBIN KERROD ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΣΑΒΒΑΛΑΣ 2004 ΣΕΛ C%CF%80%CE%B9%CE%BF/ 10 Απρ /11/2013