Dabar populiaru
Publikuota: 2018 balandžio 24d. 13:28

Hubble teleskopas švenčia 28 gimtadienį: kaip jis matė tai, kas yra nematoma?

Artimiausiu metu ketinama atnaujinti 19 metų tarnavusį orbitinį teleskopą „Hubble“, tačiau remonto darbus apsunkina galimi susidūrimai su kosminėmis šiukšlėmis.
„Reuters“/„Scanpix“ nuotr. / Artimiausiu metu ketinama atnaujinti 19 metų tarnavusį orbitinį teleskopą „Hubble“, tačiau remonto darbus apsunkina galimi susidūrimai su kosminėmis šiukšlėmis.

Nuo senų laikų žmogus, norėdamas pamatyti tolyje esantį objektą, primerkdavo akį. Tai yra pats tolimiausias teleskopo giminaitis – sąmoningai to nesuvokiant pritaikytas difrakcijos metodas leidžia išgauti ryškesnį vaizdą. Vėliau žmogus iš stiklo pradėjo gaminti lęšius, o 1608 metais atsirado pirmas žinomas teleskopas. Ir, jei pirmieji teleskopai veikė matomos šviesos diapazone, vėliau žmonės teleskopais išmoko „matyti“ mūsų akiai nematomus dalykus.

Tai galėjo būti tiesiog per silpni šviesos šaltiniai arba visai kitokių dažnių šviesos bangos. Padedami elektronikos žmonės atrado naują regą, o mūsų mokslininkai įgijo neįtikėtinai galingus įrankius. Vienas iš tokių yra Hubble kosminis teleskopas, kuriam balandžio 24 dieną sukanka net 28 metų jubiliejus!

Minėdama artėjančią 28 metų sukaktį NASA nutarė paskelbti aktyviame tarpžvaigždiniame ūke – Lagūnos ūke – esančios „žvaigždžių peryklos“ nuotrauką. Šioje nuotraukoje atvaizduojama sritis yra milžiniška – 4 šviesmečiai, arba ūkiškai tariant, atstumas, kuri šviesai nukeliaut prireikia net 4 metų. Tai yra iš vieno nuotraukos krašto, link kito šviesa keliautų arti 6 metų!

NASA nuotr./Lagūnos ūkas (M8, NGC 6523) – aktyvus tarpžvaigždinis ūkas ir H II sritis Šaulio žvaigždyne, nuo Saulės nutolęs daugiau kaip 4100 šm atstumu. Lagūnos ūko dydis siekia apie 30 šm. Jame yra švytinčios vandenilio dujų gijos ir tamsūs dulkių debesys
NASA nuotr./Lagūnos ūkas (M8, NGC 6523) – aktyvus tarpžvaigždinis ūkas ir H II sritis Šaulio žvaigždyne, nuo Saulės nutolęs daugiau kaip 4100 šm atstumu. Lagūnos ūko dydis siekia apie 30 šm. Jame yra švytinčios vandenilio dujų gijos ir tamsūs dulkių debesys

Nuotraukoje pavaizduota milžiniška dujų sankaupa, nuo mūsų nutolusį net 4 000 šviesmečių, per paprastus žiūronus mums yra vos įžiūrima. Šios nuotraukos centre žiba monstriška jauna žvaigždė vardu Herschel 36, kuri tiesiog braunasi iš ją supančios medžiagos kokono. Jos galinga spinduliuotė ir saulės vėjas, kurį sudaro subatominių dalelių srautas, nupučia šalin dujų medžiagos užuolaidas. Tai kažkuo primena mūsų Saulės spindulius, kurie, pasibaigus lietui ir griausmams nudundėjus tolyn, prasibrauna pro debesis.

Šios milžiniškos žvaigždės nesutramdomas aktyvumas paliko milžiniškas skylės burbulo formos dujų debesyje, taip leisdama astronomams Hubble teleskopu stebėti šią įvykių pilną žvaigždžių peryklą. Herschel 36 temperatūra siekia 40 000 laipsnių Kelvino skalėje, ji yra 32 kartus sunkesnė už mūsų Saulę, o jos skersmuo yra 9 kartus didesnis. Ši žvaigždė pagal žvaigždžių standartus yra labai aktyvi, kadangi jai šiuo metu yra tik 1 milijonas metų ir, atsižvelgiant į jos masę, ji gyvuos dar 5 milijonus metų. Palyginimui, mūsų Saulė yra 5 milijardų metų amžiaus ir turėtų gyvuoti dar tiek pat.

Paklauskime savęs. Tai kas gi yra Hubble ir kaip jis veikia?

Teleskopo atsiradimo kryptimi optikoje buvo judama ilgai. Jei pavieniai lęšiai buvo žinomi dar Ptolemėjui (2 a. pr. Kr.), tai pirmų teleskopų teko laukti iki XVII a. pradžios. Kas yra teleskopas? Elementarus teleskopas yra dvejų didinančių stiklų kombinacija, kuomet pirmas stiklas surenka visus lygiagrečius šviesos pluoštelius savo židinyje, o antras stiklas juos „praplečia“, taip padidindamas objekto atvaizdą.

„Reuters“/„Scanpix“ nuotr./Galilėjaus teleskopai
„Reuters“/„Scanpix“ nuotr./Galilėjaus teleskopai

Teleskopo didinimas yra išreiškiamas jį sudarančių lęšių židinio nuotolių santykiu. Taigi teleskopas veikia tik tuomet, kai naudojami skirtingi lęšiai, tuomet vienas teleskopo galas didina vaizdą, o kitas teleskopo galas – mažina objekto atvaizdą. Pirmieji teleskopai vaizdą ne tik didino bet ir jį apversdavo aukštyn kojomis. Šį nepatogumą ištaisė Galilėjus, panaudojęs vieną įgaubtą lęšį.

Galilėjaus teleskopo schema. Objektą matome didesniu kampu nei plika akimi.
Galilėjaus teleskopo schema. Objektą matome didesniu kampu nei plika akimi.

Vos atsiradę teleskopai gana daug kainavo, todėl juos sau galėjo leisti arba turtingi žmonės, arba mokslininkai, kurie turėjo turtingus mecenatus. Gana svarbi buvo teleskopo lęšių kokybė bei teleskopo sandara. Teleskopai buvo skirstomi į laužiančiuosius (su dviem stiklo lęšiais) ir atspindinčiaisiais (kuomet vienas iš lęšių buvo pakeičiamas neplokščiu veidrodėliu).

Kodėl du lęšiukai buvo tokie brangūs? Visų pirma dėl vaizdo netobulumų, kurie atsirasdavo panaudojus storesnius lęšiukus. Viduramžiais, kuomet teleskopo kūrėjas norėjo išgaut didelį didinimą, jis naudojo storesnius lęšius, tačiau storame lęšyje spinduliai nesusirinkdavo viename taške. Dėl šios priežasties nukentėdavo vaizdo ryškumas. Šį efektą optikoje vadino sferine aberacija.

Lęšis be sferinės aberacijos surenka šviesos spindulius į vieną tašką. Sferinė aberacija kenkia vaizdo ryškumui.
Lęšis be sferinės aberacijos surenka šviesos spindulius į vieną tašką. Sferinė aberacija kenkia vaizdo ryškumui.

Liežuvis nesiverčia šios situacijos pavadinti kitaip nei anekdotine. Kuomet mūsų jubiliatas – Hubble kosminis teleskopas – 1990 metais balandžio 24 dieną sėkmingai pasiekė jam numatytą orbitą, niekas dar nežinojo, jog tiksliausiame per visą žmonijos istoriją pagamintame prietaise bus pasislėpusi banali viduramžius menanti sferinė aberacija! Vietoj ryškių Hubble vaizdų, prie kurių dabar esame tiek pripratę, mokslininkai išvydo išblukusias, neryškias ir baisias nuotraukas!

NASA nuotr./Hubble kosminio teleskopo vaizdai su sferine aberacija ir po korekcijos
NASA nuotr./Hubble kosminio teleskopo vaizdai su sferine aberacija ir po korekcijos

Anot fizikų bendruomenėje populiaraus mito, taip atsitiko dėl to, kad šlifavimo įrenginys naudojo ne metrinę, o imperinę matavimo vienetų sistemą. Ir, nors milžiniškas teleskopo veidrodis buvo idealiai tiksliai nušlifuotas, jo forma buvo kitokia, negu reikėjo pagal projektą. Beje, realybė buvo netoli legendos, šlifavimo įrenginyje iš tiesų buvo neteisingai surinktas matavimo prietaisas.

Norint pašalinti sferinę aberaciją pirmųjų viduramžių teleskopų lęšių gamintojams tekdavo keisti individualių lęšių formą. Fizikos mokslas tais laikais buvo kur kas menkiau išsivystęs, todėl teleskopų gamintojams tekdavo investuoti daug laiko ir lėšų norint bandymų ir klaidų metodu patobulinti esamą dizainą arba pagaminti geresnį teleskopą. Nieko nuostabaus, kad pirmieji teleskopai buvo tokie brangūs. Šioje vietoje galite paklausti: ar autorius neužsikalbėjo ir nepamiršo jubiliato? Tikrai ne! Kaip būtų galima spėti pagal ryškias ir vaizdingas teleskopo nuotraukas, mokslininkai rado sprendimą ir sferinę aberaciją suvaldė.

Po trijų metų nuo starto, 1993 metais, NASA organizavo kosminio remonto misiją, kurios metu astronautai teleskope įmontavo korekcinę sistemą COSTAR. Tam jiems teko išmontuoti vieną prietaisą, nes teleskope nebuvo laisvos vietos. Gera žinia yra ta, kad Hubble teleskopas vėliau susilaukė ir kitų atnaujinimo darbų: 2009 metais COSTAR sistema buvo išmontuota ir nugabenta į Žemę.

„Reuters“/„Scanpix“ nuotr./Kadrai iš teleskopo taisymo atvirame kosmose.
„Reuters“/„Scanpix“ nuotr./Kadrai iš teleskopo taisymo atvirame kosmose.

Sferinė aberacija - tai dar ne viskas, su kuo teko susidurti pirmų teleskopų gamintojams. Lyg to būtų maža, lęšius sudarančio stiklo lūžio rodiklis gali skirtis priklausomai nuo šviesos spalvos. Mėlynai spalvai lūžio rodiklis gali būti vienoks, raudonai spalvai – kitoks.

Dėl skirtingų lūžio rodiklių lęšis surinkdavo skirtingų spalvų šviesą į skirtingus taškus. Dėl šio efekto storų lęšių teleskope gaunamas vaizdas turėjo spalvotus ir išplaukusius objektų kraštus. Chromatinę aberaciją pataisyti yra neįtikėtinai sudėtinga, kadangi tenka naudot keletą lęšių, pagamintų iš skirtingų medžiagų. Tai irgi prisidėjo prie kokybiškų teleskopų kainos.

Chromatinė aberacija, antroji teleskopų rykštė. Apačioje vaizdas su chromatine aberacija, viršuje – be
Chromatinė aberacija, antroji teleskopų rykštė. Apačioje vaizdas su chromatine aberacija, viršuje – be

Laikui bėgant, žmogus įvaldė fotografijos meną, tad astronomams nebereikėjo ašaroti naktimis prie teleskopų. Įvaldžius fotojuostelės gamybos metodus buvo pastebėta, kad, priklausomai nuo naudojamos medžiagos, fotojuosta gali būti jautri neregimai šviesai: ultravioletui, Rentgeno spinduliams. Taip pirmieji teleskopai išmoko „pamatyti“ danguje objektus, nematomus žmogaus akiai. O XIX a. viduryje teleskopai išmoko matyti ir „šilumą“ – infraraudonąją spinduliuotę. Praėjusiame amžiuje atsirado ir radioteleskopai.

„Scanpix“/AP nuotr./Kinijoje pradėjo veikti didžiausias pasaulyje radioteleskopas.
„Scanpix“/AP nuotr./Kinijoje pradėjo veikti didžiausias pasaulyje radioteleskopas.

Įdėmus skaitytojas gali čia paklausti, o kaip mes pamatome „nematomą“ šviesą? Vienas reikalas – teleskopas, visai kitas – žmogaus akis. Atsakymas paprastas: dabartiniai teleskopai turi kameras, kuriose yra daug jautrių šviesai taškų. Kiekviename tokiame pikselyje skirtingo ilgio šviesa yra konvertuojama į elektrinį signalą, kuri atvaizduoti kompiuterio ekrane yra elementarus technikos klausimas. Mokslininkai ekrane mato juodai baltus vaizdus. Kuo stipresnė buvo šviesa tame pikselyje, tuo baltesnis taškas kompiuterio ekrane. O vėliau NASA paima „Photoshop“ programą ir iš kelių juodai baltų vaizdų gauna spalvotą pseudonuotrauką.

NASA/Hubble nuotr/Erelio ūkas
NASA/Hubble nuotr/Erelio ūkas

Laikui bėgant tos pačios nuotraukos atrodo vis kitaip, nes mokslininkai nutaria juodai baltoms nuotraukoms „Photoshop“ programoje priskirti kitą spalvą. Vaizdai gaunasi atpažįstami, tačiau vis lengvai kitokie.

NASA nuotr./Objektas tas pats, versijos skirtingos
NASA nuotr./Objektas tas pats, versijos skirtingos

Atėjus garbingam 25 metų jubiliejui, NASA paskelbė dar vieną žymios nuotraukos versiją. Aną kartą tai buvo puiki galimybė žmogaus akimis pamatyti tai, ko mes niekada patys nepamatytume. Tai yra Erelio ūko atvaizdas infraraudonųjų spindulių diapazone.

NASA nuotr./Erelio ūko nuotrauka infraraudonojoje šviesoje
NASA nuotr./Erelio ūko nuotrauka infraraudonojoje šviesoje

Jei bežiūrėdami į nuotrauką nustebote pamatę aibę iki šiol neregėtų žvaigždžių, nusiraminkite. Tai tikrai tas pats Erelio ūkas! Ir tai jokia klaida. Mūsų Visatoje gana daug žvaigždžių, kurios yra ganėtinai vėsios. Jos spinduliuoja gana mažai šviesos mums matomojoje srityje, tačiau būdamos pakankamai šiltos, jos gerai šviečia infraraudonojoje srityje. Panašiai ir mūsų kraujagyslės yra nematomos mūsų akiai per storą odą, tačiau vos tik ištraukiame infraraudonai šviesai jautrią fotokamerą – štai jos bėga, vinguriuoja po mūsų odą. Ištisas neregimas pasaulis prieš mūsų akį!

Pranešti klaidą

Sėkmingai išsiųsta

Dėkojame už praneštą klaidą

Naujienos

Aktualu

15min paaiškina: kodėl streikuoja mokytojai ir ko jie reikalauja?

Aktualu

Demaskuota grupuotė, per 5 metus Lietuvos šešėlinėje ekonomikoje panaudojusi 60 mln. eurų

Vardai

Stanislavas Stavickis-Stano: „Aš sergu vėžiu, bet pasveiksiu“

Vardai

15min studijoje – Mantas Katleris ir Mantas Stonkus: kaip du komikai surenka pilnas arenas

Verslas

Seimas skuba lopyti turtuoliams palankias mokesčių reformos spragas, buhalteriai piktinasi

Lapkričio TOP 13: knygų antplūdis artėjant šventėms

24sek

Trys „Žalgirio“ bosai: kaip jie išsprendė Šaro galvosūkį?

„Eurolygos diena“: kaip M.Grigonis pagaliau sulaukė Šaro skambučio (3/4)

Vardai

15min studijoje bitbokso meistrai pristatė pirmą kartą rengiamas muzikines kovas

Gyvi regionai

Merų forumas. Stebėkite tiesiogiai 15min portale

Verslas

„Sodra“ gaus naują vėzdą: tikrins gydytojų sprendimus, ar pagrįstai nustatytas neįgalumas

Patikrinta 15min Aktualu

Tiesa ar melas? Rasa Žemaitė: Vilniaus savivaldybė 100 eurų kompensacijas moka ir neteisėtai dirbantiems darželiams

Gazas

Vilniuje nufilmuotas vairuotojas, teršiantis gatves nuorūkomis

Aktualu

Žemės ūkio ministerijos darbuotojai šimtmetį atšventė su šokiais ir alkoholiu

Aktualu

Neigiama informacija apie Alytaus pataisos namų prižiūrėtojui perpjautą gerklę: „Super, duper nieko neįvyko“

Mokslas.IT

Po Grenlandijos ledu aptiktas už Paryžių didesnis krateris

Interviu 24sek

Linas Kleiza – apie D.Gudelio žingsnį, A.Blanco šantažą, „Ryto“ bėdas ir pinigus

Aktualu

Varėnos rajone susidūrė lengvasis automobilis ir sunkvežimis, yra sužeistųjų

Gyvenimas

Pakistano mokyklų krizė daužo milijonų mergaičių svajones

Vardai

Per princo Charleso 70-ojo gimtadienio iškilmes karalienė sūnui skyrė jaudinantį tostą

Naujienos

Aktualu

Kalinių maištui įsisiūbuojant, teisingumo ministras ramina: „Situacija kontroliuojama“

Aktualu

Naktį į šeštadienį vairuotojai turėtų būti atsargesni: bus slidu, laukia lietingas savaitgalis

Aktualu

Demaskuota grupuotė, per 5 metus Lietuvos šešėlinėje ekonomikoje panaudojusi 60 mln. eurų

Vardai

Stanislavas Stavickis-Stano: „Aš sergu vėžiu, bet pasveiksiu“

Aktualu

15min paaiškina: kodėl streikuoja mokytojai ir ko jie reikalauja?

Aktualu

Naujų galimų smūgių laukianti Theresa May dėl „Brexit“ kreipėsi į visuomenę

Vardai

15min studijoje – Mantas Katleris ir Mantas Stonkus: kaip du komikai surenka pilnas arenas

„Eurolygos diena“: kaip M.Grigonis pagaliau sulaukė Šaro skambučio (3/4)

Vardai

Po pusmečio draugystės Sigitas Martinavičius Balyje vedė mylimąją Editą Rupeikaitę

24sek

Trys „Žalgirio“ bosai: kaip jie išsprendė Šaro galvosūkį?

Lapkričio TOP 13: knygų antplūdis artėjant šventėms

Pasaulis kišenėje

Artimųjų Rytų magija: kelionė į spalvingąjį Omaną

Verslas

Seimas skuba lopyti turtuoliams palankias mokesčių reformos spragas, buhalteriai piktinasi

Gyvi regionai

Merų forumas. Stebėkite tiesiogiai 15min portale

Mokslas.IT

Nustatyta, kurie metai buvo patys blogiausi žmonijos istorijoje

Vardai

15min studijoje bitbokso meistrai pristatė pirmą kartą rengiamas muzikines kovas

Verslas

„Sodra“ gaus naują vėzdą: tikrins gydytojų sprendimus, ar pagrįstai nustatytas neįgalumas

Patikrinta 15min Aktualu

Tiesa ar melas? Rasa Žemaitė: Vilniaus savivaldybė 100 eurų kompensacijas moka ir neteisėtai dirbantiems darželiams

Aktualu

Žemės ūkio ministerijos darbuotojai šimtmetį atšventė su šokiais ir alkoholiu

Vairuotojas Vilniuje pro automobilio langą išmetė nuorūką

Vardai

Ypatingos

07:40
07:22

Gera keliauti kartu

Ko reikia šiuolaikiniam pirkėjui?

Sveikata

Mamos prieš meningokoką

Būk nesustabdoma

Parašykite atsiliepimą apie Mokslas.IT