Dabar populiaru
Publikuota: 2017 balandžio 29d. 21:00

Kosminės astronomų akys – teleskopai

Kecko observatorijos kupoluose – vieni didžiausių optinių teleskopų planetoje/ Keckobservatory.org
Kecko observatorijos kupoluose – vieni didžiausių optinių teleskopų planetoje/ Keckobservatory.org

Žmonės stebi žvaigždėtą nakties skliautą nuo neatmenamų laikų. Sudėtinga tiksliai pasakyti, kada pakėlėme akis į dangų ir susimąstėme apie pasaulio sąrangą, tačiau senoviniai uolų piešiniai byloja, jog dangaus reiškiniai mūsų protėvius domino jau prieš dešimtis tūkstančių metų.

Tyrinėdamas dangiškąsias sferas, ilgus amžius žmogus pasikliovė vienintelio jam gamtos suteikto optikos prietaiso – akies – galimybėmis. Ilgainiui tyrinėjimo metodai ir įrankiai tobulėjo, sukauptos žinios buvo sisteminamos ir apibendrinamos, tačiau vienas lemtingas XVII a. išradimas atvertė naują astronomijos istorijos puslapį: teleskopas nepaprastai padidino galimybes pažinti Visatą ir perprasti žmogaus vietą joje.

Tai svarbiausias astronomų instrumentas ir pagrindinis prietaisas dangaus kūnams stebėti.

Teleskopas – reikšmingas mokslinis išradimas

Teleskopas (gr. k. tele – toli + skopeo – stebėti) – tai svarbiausias astronomų instrumentas ir pagrindinis prietaisas dangaus kūnams stebėti. Jo paskirtis – sutelkti kuo daugiau šviesos, ateinančios iš kosminės gelmės ir tokiu būdu parodyti tai, ko plika akimi pamatyti negalime.

Šviesą surinkti (sustiprinti) galima dviem būdais: arba lęšiu, kuris laužia per jį praeinančią šviesą, sutelkdamas ją taške, vadinamame židiniu, esančiu už lęšio (refraktorinis teleskopas; lot. k. refractio – lūžimas), arba įgaubtu veidrodžiu, kuris surinktą šviesą atspindi į mažesnį antrinį veidrodį, nuo kurio atsispindėjusi šviesa taip pat surenkama židinyje (reflektorinis teleskopas; lot. k. reflexus – atspindys). Teleskopu ,,pagautą” ir židinyje ,,suspaustą” šviesos dalelių srautą galima nukreipti arba tiesiogiai į okuliarą, arba užregistruoti įvairiais elektroniniais prietaisais.

Kas išrado teleskopą

Teleskopą, greičiausiai, išrado olandų optikas Hansas Lipershėjus (Hans Lippershey) 1607-aisiais ar 1608-aisiais metais. Pasklidus žiniai apie šį akinių meistro sukonstruotą prietaisą, 1609 m. italų mokslininkas Galileo Galilėjus (Galileo Galilei) pats pasigamino kelis iki 30 kartų didinančius lęšinius teleskopus ir, pirmasis moksliniais tikslais pradėjęs jais stebėti dangaus kūnus, tapo teleskopinės astronomijos pradininku. Nors Galilėjaus teleskopas buvo prastos optikos ir labai mažo regėjimo lauko, visgi atvėrė naujus pasaulius. Jau 1610 m. italas paskelbė pirmuosius stulbinančius teleskopinių stebėjimų rezultatus, sukėlusius tikrą revoliuciją – viduramžių astronomija, paremta geocentrine sistema (įsitikinimu, jog Žemė yra Visatos centras), ėmė virsti moderniu mokslu.

Galilėjaus teleskopas buvo visai nedidelis įrenginys, tačiau 1609-1610 m. juo padaryti atradimai sukėlė astronomijos perversmą/ Nasa.org
Galilėjaus teleskopas buvo visai nedidelis įrenginys, tačiau 1609-1610 m. juo padaryti atradimai sukėlė astronomijos perversmą/ Nasa.org
Wikipedia iliustr./Izaokas Niutonas
Wikipedia iliustr./Izaokas Niutonas

Kitas garsus mokslininkas – Izaokas Niutonas (Isaac Newton) – 1666 m. eksperimentuodamas pastebėjo, jog stiklo prizmė baltą šviesą išskaido į spalvų vaivorykštę – spektrą.

Tą patį daro ir teleskopo lęšiai, dėl ko aplink stebimą objektą susidaro spalvoti ratilai, blogindami vaizdo kokybę. Šią problemą galima išspręsti naudojant įgaubtą veidrodį, kuris visų spalvų lygiagrečius spindulius sufokusuoja į vieną tašką.

Dar 1663 m. škotas Džeimsas Gregoris (James Gregory) sukonstravo veidrodinį teleskopą su dviem įgaubtais veidrodžiais. Didelio pirminio veidrodžio surinktą šviesą mažesnis antrinis veidrodis atspindėjo atgal ir pro kiaurymę pirminiame veidrodyje šviesa patekdavo į už jo esantį okuliarą. Niutonas šią konstrukciją patobulino: vietoje antrinio įgaubtojo veidrodžio jis įtaisė plokščią veidrodį, kuris surinktą šviesą nukreipia į okuliarą, esantį vamzdžio šone.

Niutono patobulintame teleskope pro okuliarą matomas vaizdas aiškesnis dėl vamzdyje papildomai sumontuotų veidrodžių/ Astronomy.com
Niutono patobulintame teleskope pro okuliarą matomas vaizdas aiškesnis dėl vamzdyje papildomai sumontuotų veidrodžių/ Astronomy.com

Nuo XVII-ojo a. pabaigos iki XIX a. vidurio teleskopai gerokai patobulėjo, nes buvo gaminami vis didesni lęšiai. Stebėjimų kokybė žymiai pagerėjo po to, kai anglų optikas Džonas Dolandas (John Dolland) pasiūlė naudoti dvigubus objektyvo lęšius.

XIX a. pabaigoje ėmė aiškėti, jog lęšiniai teleskopai nebeatitinka astronomų poreikių – pagaminti didesnių nei 1 m skersmens skaidrių ir atsparių objektyvų lešių praktiškai neįmanoma. Kokybišką lęšinį teleskopą pagaminti kur kas sudėtingiau, negu veidrodinį, nes juvelyriškai reikia apdoroti mažiausiai keturis lęšio paviršius (dviejų lęšių Dolando sistema), o ne vieną veidrodžio. Be to, labai sunku išlydyti didelius vienodo skaidrumo stiklo gabalus. Lęšiniai teleskopai savo matmenimis ir galimybėmis ėmė smarkiai atsilikti nuo veidrodinių ir galiausiai konkurencijos neatlaikė...

Didieji šiuolaikiniai teleskopai – veidrodiniai milžinai

Taigi lęšinių teleskopų laikas baigėsi ir XX-ojo a. prasidėjo nauja, didžiulių veidrodinių teleskopų era. 1908 m. Maunt Vilsono (Mount Wilson) observatorijoje Kalifornijoje, JAV pradėjo veikti 152 cm skersmens teleskopas, o po 10 metų jį pakeitė 2,5 m skersmens veidrodis.

1908 m. Maunt Vilsono, JAV, observatorijoje pradėjo veikti 152 cm. skersmens veidrodinis teleskopas/ Astronomy.com
1908 m. Maunt Vilsono, JAV, observatorijoje pradėjo veikti 152 cm. skersmens veidrodinis teleskopas/ Astronomy.com

Ir tai buvo tik pradžia. 1948 m. Maunt Palomare (Mount Palomar), taip pat Kalifornijoje sumontuojamas penkiametrinis milžinas. 520 cm skersmens ir 60 cm storio gaminį veidrodžiui atlieti pavyko ne iš karto – jis aušo 10 mėnesių, dar 11 metų (!) buvo poliruojamas, kol įgijo reikiamą formą. Šis teleskopas leido mokslininkams stebėti objektus, net 10 milijonų kartų blyškesnius už tas žvaigždes, kurias galima įžiūrėti plika akimi. Nepalyginsi su Galilėjaus ,,žaisliuku”!

Iki aštuntojo dešimtmečio vidurio Palomaro telekopas buvo didžiausias. Kai 1975 metais Sovietų specialistai Šiaurės Kaukaze sugebėjo įrengti 42 tonas sveriantį 6 metrų skersmens veidrodį, amerikiečių mokslininkai ėmė rimtai svarstyti, ar įmanoma pagaminti dar didesnį – juk pagrindinis veidrodis turi būti pagamintas taip tiksliai, kad visa jo surinkta šviesa būtų atspindėta į vieną tašką. Net žmogaus plauko storio nukrypimai gali iškreipti vaizdą, o tobulai nušlifuoti didelio veidrodžio paviršių labai sudėtinga. Jeigu tai ir pavyksta, vėliau, jau pritvirtinus veidrodį prie teleskopo vamzdžio, atsiranda deformuojantys veiksniai.

Tačiau XX-ojo a. paskutiniojo dešimtmečio pradžioje teleskopų projektuotojai priėmė genialų sprendimą – kompiuteriu valdomą atramų sistemą, nuolat tikrinančią veidrodžio formos pokyčius. Dėka šio metodo, vadinamo aktyviąja optika, gimė nauja didžiųjų teleskopų karta: mokslininkai nutarė pagaminti ne vieną itin didelį monolitinį veidrodį (jo gamyba būtų labai brangi, sudėtinga ir ilga), o jį sudėlioti iš daugelio nedidelių veidrodinių segmentų, kurių padėtį kontroliuoja elektronika. Toks yra 1992 metais Havajuose Mauna Kea observatorijoje įrengtas pirmasis Keko (Keck I), o netrukus – ir antrasis Keko (Keck II) teleskopas. Dvynių veidrodžius sudaro po 36 šešiakampius 1,8 m skersmens segmentus, kurių formuojamą paviršių dukart per sekundę (!) tikrina kompiuteris. Pagal visų segmentų bendrą plotą vieną tokį teleskopą galima sulyginti su monolitiniu 10 m skersmens veidrodžiu.

Šioje ilgos ekspozicijos nuotraukoje – žvaigždėtas dangus virš Kecko teleskopų komplekso Havajuose, kur per metus paprastai būna apie 300 giedrų naktų/ Keckobservatory.org
Šioje ilgos ekspozicijos nuotraukoje – žvaigždėtas dangus virš Kecko teleskopų komplekso Havajuose, kur per metus paprastai būna apie 300 giedrų naktų/ Keckobservatory.org

Kanarų salose (Ispanija) nuo XX-ojo a. pabaigos stovi ir sėkmingai veikia teleskopas, analogiškas Kekui, tik jo veidrodžio segmentai šiek tiek didesni, o visas veidrodis yra 10,4 m skersmens, taigi didžiausias savo rūšies optinis teleskopas Žemėje.

Dar vieną gigantą, sudarytą iš keturių veidrodžių po 8,2 m skermens, Čilėje ant Paranalo kalno viršūnės, 2,6 kilometrų aukštyje 1998 m. įrengė Vakarų Europos astronomai. Pagal pažangiausias technologijas pagaminti veidrodžiai yra ploni ir sveria tiek, kiek 6-7-jame XX a. dešimtmečiuose sverdavo 4-5 m. skersmens veidrodžiai. Visgi neišvengiamos Paranalo veidrodžių deformacijos nuolat sekamos ir tuojau pat šalinamos ,,protaujančių” kompiuterių. Kiekvieną iš keturių veidrodžių galima naudoti atskirai, o prireikus nukreipti į vieną šviesulį ir sudėti visų veidrodžių sukauptą šviesos energiją. Tokiu būdu sistema atstoja 16,4 m skersmens veidrodį ir yra galingiausios antžeminės mūsų planetos akys...

Bet ar tai mūsų galimybių ribos? Vargu. Esama nepaprastai ambicingų sumanymų. Pavyzdžiui, Ypatingai Didelio Europos teleskopo (European Extremely Large Telescope, E-ELT) maždaug 1 milijardo eurų vertės projektas, kurį tikimąsi įgyvendinti per artimiausius 10-12 metų – Atakamos dykumoje, Čilėje, bus konstruojamas kone 40 m skersmens segmentinis veidrodis iš beveik 800 šešiakampių veidrodėlių, valdomų išmaniąja šviesos srauto stabilizavimo ir paviršiaus kreivumo kompensavimo technologija. Spėjama, kad ši gigantiška E-ELT observatorijos akis išvys lig šiol jokiam teleskopui neregėtus Visatos tolius, ir gauti duomenys sukels dar vieną astronomijos revoliuciją.

Ypatingai Didelio Europos Teleskopo (E-ELT), kuris per artimiausią dešimtmetį turėtų būti sukonstruotas Atakamos dykumoje, Čilėje, vizualizacija/ Astronomy.com
Ypatingai Didelio Europos Teleskopo (E-ELT), kuris per artimiausią dešimtmetį turėtų būti sukonstruotas Atakamos dykumoje, Čilėje, vizualizacija/ Astronomy.com

Labanoro girios pakrašty – teleskopai mėgėjams ir profesionalams

Kokybiškam stebėjimui teleskopu reikalingos ypatingos atmosferos sąlygos, dar vadinamos astroklimatinėmis. Ne veltui rimtos astronominės įstaigos dažniausiai būna įrengtos toli nuo miestų ar judrių magistralių, observatorijos statomos kelių kilometrų aukštyje kalnuose, pavyzdžiui Anduose, Alpėse ar Kaukaze, kur oras skaidrus, nuolat giedra, o civilizacijos šviesos šaltiniai netrikdo gilios nakties tamsos.

Palankių stebėjimo sąlygų uždavinį prieš kelis dešimtmečius teko spręsti ir Lietuvos astronomams – Molėtų mokslinės astronomijos observatorijos bei Lietuvos etnokosmologijos muziejaus teleskopams atoki vieta Kulionių kaimo kalvose Labanoro girios pakrašty buvo parinkta neatsitiktinai.

Prisiminkime, kad Vilniaus Universiteto observatorija dar 1753 m. buvo įsteigta pačioje miesto širdyje, pagrindiniuose rūmuose (greta šiandieninės LR Prezidentūros). Tik 1921-aisiais universiteto observatorija ėmė veikti nuošaliau centro – šalia dabartinio Vingio parko, Čiurlionio gatvėje. Tačiau Vilnius sparčiai augo – miesto šviesos ir dulkės ilgainiui užgožė žvaigždžių spindesį, tad astronomams teko ieškoti naujos vietos.

Po kelerių metų žvalgybos bei diskusijų 1969 m. netoli Molėtų, Kulionių kaime, ant Kaldinių kalvos (maždaug 200 m virš jūros lygio) pradėta naujos observatorijos statyba. Tų pačių metų rudenį mokslininkai čia pradėjo stebėjimus 25 cm skersmens Kasegreno sistemos teleskopu, o 1974 m. savąją 63 cm. skersmens akį atmerkė teleskopas reflektorius. Galiausiai 1991-aisiais astronomai ėmė dirbti 165 cm skersmens reflektoriniu teleskopu. Savo dydžiu jis, žinoma, negali prilygti pasauliniams gigantams, tačiau Šiaurės Europoje didesnio už mūsiškį ligšiol nėra!

Molėtų observatorijos teleskopų bokštuose – pagrindiniai Lietuvos astronomų darbo instrumentai/ Infomoletai.lt
Molėtų observatorijos teleskopų bokštuose – pagrindiniai Lietuvos astronomų darbo instrumentai/ Infomoletai.lt

1990 m. greta Molėtų astronomijos observatorijos – už kelių šimtų metrų nuo jos – prie vaizdingojo Kulionių piliakalnio – astronomijos mėgėjams, dangaus mylėtojams ir šiaip smalsuoliams duris atvėrė unikali Lietuvos etnokosmologijos muziejaus ekspozicija, o 1997 m. rugsėjį šioje įstaigoje į darbą buvo paleistas bene pirmasis tik edukaciniams tikslams skirtas 40 cm skersmens reflektorinis teleskopas.

80 cm. skersmens reflektorinis Lietuvos etnokosmologijos muziejaus teleskopas – vienas didžiausių edukacijai skirtų aparatų Europoje/ Etnokosmomuziejus.lt
80 cm. skersmens reflektorinis Lietuvos etnokosmologijos muziejaus teleskopas – vienas didžiausių edukacijai skirtų aparatų Europoje/ Etnokosmomuziejus.lt

Po muziejaus rekonstrukcijos 2008 m. pagrindiniame komplekso bokšte ėmė veikti vienas didžiausių Europoje – 80 cm. skersmens – mėgėjiškas veidrodinis teleskopas.

Tad giedrai nakčiai užklojus gūdžius Labanoro miškus bei tykius Molėtų krašto ežerų vandenis, Kulionyse prasiveria teleskopų kupolai – observatorijos tam, kad mokslininkai tyrinėtų kosmines erdves, o Etnokosmologijos muziejaus – kad lankytojams būtų suteikta galimybė dangumi tiesiog pasigrožėti. Nepraleiskite progos.

Lietuvos etnokosmologijos muziejus giedromis naktimis lankytojams per mėgėjiškus teleskopus siūlo pasigrožėti žvaigždėmis/ Etnokosmomuziejus.lt
Lietuvos etnokosmologijos muziejus giedromis naktimis lankytojams per mėgėjiškus teleskopus siūlo pasigrožėti žvaigždėmis/ Etnokosmomuziejus.lt

Pažymėkite klaidą tekste pele, prispaudę kairijį pelės klavišą
Pranešti klaidą

Pranešti klaidą

Sėkmingai išsiųsta

Dėkojame už praneštą klaidą

Naujienos

Žiemos olimpinės žaidynės

Parašykite atsiliepimą apie Mokslas.IT