Optická astronomie Astronomův nejcennější přístroj testová otázka - a) dalekohled, b) počítač, c) něco jiného? c - lidské oko okohybný sva světločivé buňky: - čípky - v okolí optické osy čočky, barevné vidění, 3 typy, celkem 6-8 milionů - tyčinky - noční černobílé vidění; o několik řádů citlivější než čípky; nejvíce tyčinek - asi 20° od optické osy oční čočky; celkem až 150 mil. báli ma d uhovka ro fiDYka p ŕ h d fi i komára čočka Ekľä vec sl-apá tkvrna Silní" S fovea cév n-a í ka cévy W žlutá skvrna Etapa Ekvrria pohlad do oka video - pitva oka - adaptace na tmu - nejméně půl hodiny (zpětná adaptace na světlo několik minut), tlumené červené světlo (tyčinky nejsou v červené moc citlivé) - neprovádět vizuální fotometrii za soumraku (Purkyňův jev - citlivost na barvy) - neměnit přístroje při vizuální fotometrii (zejména ne při pozorování červených hvězd) - ve dne (čípky) - max. citlivost očí na záření o X asi 555 nm, v noci asi 510 n co nejslabší objekty - boční vidění - asi o 10° mimo směr k objektu dění - asi o 10° mimo směr k objektu m k'á • proč se hvězdy malují cípaté, když jsou kulaté? • odhady jasností hvězd - vedle sebe a nad sebou (paralaktická chyba) • citlivost na barvy hvězd (Purkyňův jev) o zrak citlivost sítnice - zvyšuje vitamin A a okysličení, - snižuje kouření a požívání alkoholu UV záření - působí šedý oční zákal a degeneraci žluté skvrny => přes den - chránit oči - tmavé brýle s UV filtrem, zaclonění očí (kšilt, klobouk...) velké světlo => prodloužení doby adaptace na tmu pravidelně kontroly u lékaře, živiny, cvičení (oční jóga) Astronomie jednoduchými prostředky - vizuální pozorování - astrometrická - pohyby po obloze, hvězdné obloze, - fotometrická - proměnné hvězdy - sluneční aktivita (velké skvrny) - určování souřadnic - průchody meridiánem - sluneční hodiny - měsíční hodiny Hvězdářské dalekohledy - jednoduché přístroje (v principu) - moderní teleskopy - nové technologie - zvýšení účinnosti - obří teleskopy, urychlovače - největší přístroje P1 Funkce dalekohledu • sběrač světla - větší sběrná plocha • zvětšení rozlišovací schopnosti Typy dalekohledů • čočkové • zrcadlové • kombinované Zrození dalekohledu L Prehistorie 1850 - nalezena čočka z doby kolem 3000 př.n.l. z Asýrie antika - 423 př.n.l. Aristofanés- „zapalující sklíčka" - přelom letopočtu - zmínky o lupách rytců v Pompejích - 287-212 př.n.l. -Archimédés- měděná zrcadla, zapálení lodí(?) 1011 -1021 Alhazen (Ibn al-Haytham) - camera obscura s čočkou poč. 13. st. - Robert Grosseteste (1175-1253) - první popis přístroje, který umožňuje, aby se malé věci jevily veliké Roger Bacon - jeho žák - také popis dalekohledu kolem 1286 - první brýle v Itálii (Pisa, Benátky, Florencie) a v Číně kolem 1350 - výroba brýlí a čoček depScfkardinálaHuQl (1352 Tommaso da Modena) 1550-1570 - Leonard Digges - otec astronoma Thomase Diggese - údajně zkonstruoval čočkový i zrcadlový dalekohled (nezávisle potvrzeno; modely ani náčrtky se nedochovaly) 1574 - ottomanský astronom Taki al-Din - popis 1586 - Giambattista della Porta - popis dalekohledu Zrození dalekohledu II. Historie Ml i 2.10.1608 - přihláška patentu dalekohledu - Hans Lippershey ■ odmítnut - přístroj je již znám! W o dva týdny později - Jacob Metius z Alkmaaru téhož roku - Sacharius Jansen z Middelburgu - prodej dalekohledů na frankfurtském veletrhu duben 1609 - v brýlařství v Pont Neuf (Paříž) poč. léta 1609 - Galileo Galilei - dalekohled (3x zv.) - kresby Měsíce (IX.-X. 1609) - Thomas Harriot (6x zvětšení) - kresby Měsíce (červenec), sl. skvrn (prosinec); objeveno až r. 1784_ 3> 3—O c * - . o srpen 1609 - Galilei předvádí dalekohled zákonodárcům v Benátkách duben 1611 - Galileův přítel Federico Cesi - termín „telescopium" Zrození dalekohledu IL Historie 1611 Johannes Kepler - princip čočkového dalekohledu jiné konstrukce 1630 Christopher Scheiner, Antonín Maria Šířek z Rejty - konstrukce dalekohledu Keplerova typu zrcadlový dalekohled 1550-1570 Leonard Digges 1616 Nicollô Zucchi - bronzové vyduté zrcadlo (neúspěch) 1663 James Gregory - systém s provrtaným dutým zrcadlem; model až roku 1674: použitelné až 1721 1668 Isaac Newton - jednoduchý systém s dutým zrcadlem 1672 Laurent Cassegrain - podobný systém jako Gregory Čočkové dalekohledy (refraktory) Keplerův dalekohled (2 spojné čočky): Objektiv - spojka, velká ohnisková vzdálenost fob, obraz vzdáleného předmětu v ohniskové rovině je převrácený, zmenšený a skutečný Okulár - spojka fok < fob\ obraz vytvořený objektivem v jeho ohniskové rovině předmětového prostoru => obraz předmětu jako pod lupou GalilQŮv dalQkohlgd ( 1609 ) KgplarŮv dalgkohlgd ( 1611 ) Zvětšení dalekohledu úhlové zvětšení dalekohledu z= fob/fok z=D/D' (vstupní/výstupní pupila) největší uplatnění - pozorování planet, Měsíce, ale i dvojhvězd ... mění se změnou okuláru (jeho ohniskové vzdálenosti) - nelze libovolně! užitečné zvětšení - D/2 až 2D (průměru objektivu v mm) maximální zvětšení < 700 x - vliv atmosféry, vad dalekohledu... Rozlišovací schopnost dalekohledu - závisí na průměru objektivu - difrakce => bodový objekt -> malý kotouček s difrakčními kroužky - vždy! - i v ideálním dalekohledu bez vlivu atmosféry! - důsledek ohybového jevu při dopadu světelných vln na okrajích objektivu - průměr centrálního kroužku => jak (úhlově) blízké zdroje lze daným dalekohledem ještě rozeznat rozlišovací schopnosti dalekohledu: tím lepší, čím větší je průměr objektivu a čím je kratší vlnová délka záření teoretická rozlišovací schopnost ôteor=1.22A/D (v radiánech, D v mm), pro X=550 nm 8"=140/D (D v mm) Sreá| < 5teor (2m Ondrejov 5=0,057", ale seeing 1") reálná rozlišovací schopnost - kvalita dalekohledu, pozorovací podmínky (seeing), poměry jasností dvou objektů ... Světelnost dalekohledu - několik významů - různé definice - poměr průměru objektivu D k jeho ohniskové vzdálenosti f=> např. dalekohled o průměru objektivu 20 cm a ohniskové vzdálenosti 2 m => světelnost 1:10 - velké světelnosti - nad asi 1:5 (tedy např. 1:4, 1:3) Zrcadlové dalekohledy (reflektory) • základní prvek - (skleněné) pokovené zrcadlo • povrch - většinou Al+ochranná vrstva => lze pozorovat čočkami pohlcované UV záření {x> 300 nm) • rozšířené, populární - cena/výkon • nevýhoda - malé zorné pole => konstruují se speciálně pro daný účel (fotografie, spektroskopie) tvar plochy: rotační paraboloid pomocne rovinné zrcadlo skleněné zrcadlo optická osa ohnisko tenká vrstva hliníku zde je okular Vlastnosti dalekohledu typu Newton nejběžnější amatérský dalekohled Výhody Nevýhody - relativně malé centrální stínění - malé zorné pole - nulová barevná vada - v okraji zorného pole obraz zatížen kornou - výborná kresba v optické ose - nutná příležitostná kolimace - velmi výhodný poměr ceny a průměru Kombinované dalekohledy primární zrcadlo + korekční čočka -1930 Bernhard Schmidt (1879-1935) čočka - náprava chronických vad reflektorů (např. zvýšení kvality zobrazení ve větším zorném poli) Schmidt o va komora v-7* 1-II-—- 1 B aker o va- Schmidtova komora Maksutovova komora Systém Ritchey-Chretien - na HST, obě zrcadla hyperbolická Ritchey - Chrétien (RCT) Montáže dalekohledu montáž - nedílná součást dalekohledu, často určuje využití dalekohledu; umožňuje otáčet tubus dalekohledu kolem 2 vzájemně kolmých os Montáže (podle orientace os): - azimutální - jedna osa je svislá, druhá vodorovná - paralaktické - polární osa (= světová osa), deklinační osa Největší teleskopy světa výběr vhodného místa: - temné nebe, - klidné ovzduší (malý seeing), - malá vlhkost ovzduší, - velký počet jasných (fotometrických) nocí. =^> nejlepší místa na vysokých místech v pouštích, v horách (Mauna Kea na Havajských ostrovech, Atacama v Chile, v horské oblasti Kanárských ostrovů, v jihovýchodní části Austrálie, ve Skalnatých horách v americké Arizoně.... seeing - úhlový průměr osamocené hvězdy při pozorování dalekohledem -na špičkových vysokohorských observatořích < 1". „vylepšení seeingu": adaptivní optika - kompenzace neklidu atmosféry z pozorování jasné nebo umělé (laserové) hvězdy aktivní optika - korekce deformace zrcadel i konstrukce montáže, které vznikají např. nakláněním teleskopu do různých poloh, tepelnou roztažností materiálu apod. Efekt, průměr Pfistroj Observatoř Umístění 10.4 Gran Telescooio Canarias La Palma, Kanárské ostrovy, Španělsko 28 46 N; 17 53W 2400 m 10.0 Keck Mauna Kea, Hawaii, USA 19 50 N; 155 28 W Keck II 4123 m 9.2 SALT (11x9.8 m) South African Astronomical Observatory, JAR 32 23S;20 49 E; 1759 m 9.2 Hobbv-Eberlv (11x9.8 m) Mt. Fowlkes, Texas, USA 30 40 N; 104 1 W; 2072 m 2x8.4 Larae Binocular Telescope Mt. Graham, Arizona, USA 32 42 N; 109 53 W 3170 m 8.3 Subaru Mauna Kea, Hawaii, USA 19 50 N; 155 28 W;4100m Antu 8.2 Kueven Cerro Paranal, Chile 24 38 S; 70 24 W Melipal 2635m Yepun 8.1 Gillett Mauna Kea, Hawaii, USA 1950 N; 155 28 W,4100m Gemini South Cerro Pachon, Chile 30 20 S;70 59 W (approx) 2737 m Great Paris Exhibition Telescope (lens at the same scale) Paris, France (1900) Yerkes Observatory (40" refractor lens at the same scale) Williams Bay. Wisconsin (1893) O Hale (£00") Ml Palomar, California (1943) Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope Hebei, China (2009) Hooker (100") Mt Wilson, California (1917) (1979-1998) (1999-) Mufti Mirror Telescope Mount Hopkins: Arizona IBTA-S (Large Altazimuth Telescope) Zelenchukskv, Russia (1975) Large Zenith Telescope British Columbia, Canada (2003) Gran Telescopic Canarias La Palma, Canary Islands. Spain (2007} Keck Telescope Manna Kea, Hawaii (1993/1996) Hobby-Eberly Telescope Davis Mountains, Texas (1996) Southern African Large Telescope Sutherland, South Africa (2005) Gemini North Mauna Kea, Hawaii (1999) Subaru Telescope Mauna Kea, Hawaii (1999) Thirty Meter Telescope Mauna Kea, Hawaii (planned 2022) Large Binocular Telescope Mount Grahair Arizona (2005) Gaia Earth-Sun L2 point (2014) _ Kepler Earth-trailing solar orbit (2009) Gemini South Cerro Paction, Chile (2000) o Large Synoptic Survey Telescope El Pehon, Chile (planned 2020) Very Large Telescope Cerro Para rial, Chile (1998-2000) European Extremely Large Telescope Cerro Amnazones, Chile (planned 2022) Human at the same scale 10m Giant Magellan Telescope Las Campanas Observatory Chile (planned 2020) Overwhelmingly Large Telescope Tennis court at the same scale (cancelled) Area bo radio telescope at the same scale Basketball court at the same scale Část observatoří na havajské hoře Mauna Kea. Plánované dalekohledy: • Extremely Large Telescope ELT, ESO (Chile) 39.3 m (2027) • Thirty Meter Telescope. Hawaii, USA 30 m (2027) • Giant Magellan Telescope, mezinár., Chile 7x8.4 m zrcadla = průměr 24.5 m (2029) • Rubin Observatory (Large Synoptic Survey Telescope) 8.4 m, USA (2023) • James Webb Space Telescope 6.5 m, USA (plánovaný start 18.12. 2021) • Magdalena Ridge Observatory Telescope Array (USA) 2.4 m+10 x 1.4 m (2020 - 2. dalekohled) • International Liquid Mirror Telescope (Indie) 4 m - v provozu od 2018? Uvažované nebo plánované • ALPACA telescope, 8 m, USA liquid mirror •Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST), 8-15m v kosmu (2025-2035) • MUNI - 0.8m dalekohled (Ždánice), 0.3m Boyden (JAR), 0.18m Toscana (Itálie) Dřívější projekty • Overwhelmingly Large Telescope 60-100 m - studie ukončena • Euro 50 - 50 m - studie ukončena • Hubble Origins Probe - studie ukončena Kosmické teleskopy Hubbleův kosmický dalekohled - zásadní pro celou astronomii Základní data: družice tvaru válce - délka 13 m, šířka 4,3 m, hmotnost téměř 12 tun, hlavní zrcadlo: 2,4 m, sférická vada - 2 jum , sekundární 30 cm, systém Ritchey-Chrétien (typ Cassegrain); cena 1,5 mld dolarů Mflijfittkký otočník Vys*kft|iíljdiftvj Jimtu.t Schránko s rundu I h m podpArnaho Schránku 3 Ip-le-srk-npen™ a sekundárním zrcadlem Clonu SB-kundnrnilitj zrcadla Címlr-alní duna točltnofilinkiiluf dalakohla-du a [irrmŕ'nní r ii:ndNi Optický >.Gfi1íol ni äefi io r pro — jemnou Aauiqnci (1) Líroiem hlavní čú-sli knrnrukce oplickóha daleko hladu Modul ■ nsovým vS dfi-cfcým přístrojem a COSTAR NiikopfíjnriLivú unirnu (2) ■-- ■ ■ -----1 C" I tllľlIS '-|ilirkk*lio Modul iMlNiluího vš'lsckélií F-i'i-s-1^ c-jc- Z.lliViWjiiv lilůd,li ItVfrld (1| 3 vyvrtíotrací c)yiúík:-5(í Srmii:i kiyl d.llokfrlikdo KiycL ikiili.i lile di d.iltrk»ltlirdii Hiľjneloiriílr (2| Šal um p.lnH líh podpůrného modulu Před startem 1923 - první návrhy na dalekohledy v kosmu - Hermann Oberth 1946 - projekt kosmického dalekohledu - Lyman Spitzer (1914-1997) 1977 - návrh na vypuštění Hubbleova kosmického dalekohledu 1983 - předpokládaný termín realizace HST, technické potíže + havárii raketoplánu Challenger (1986) => start 1. velkého kosmického dalekohledu až 1990 https://hubblesite.org/ https://www.nasa.gov/mission pages/hubble/main/index.html https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/hubble/ https://esahubble.org/ Další kosmické dalekohledy projekt NASA Origins - velké astronomické dalekohledy Comptonova observatoř - pro sledování objektů v oboru y záření, Chandra - rentgenová observatoř Spitzerův kosmický dalekohled - reflektor 0,85 m, od 2003, IR obor {x = 3-I8O Mm) COROT, KEPLER, MOST, TESS, GAIA (2 zrcadla 1,45 m x 0,5 m) BRITE - nanosatelity (3 cm), GRBAlpha - MUNI malý velikostí, ale velký významem - HIPPARCOS - 29 cm zrcadlo plány: James Webb Space telescope - 6,5 m zrcadlo GAIA (start listopad 2012, 1. data 2016, DR2 2018, EDR3 2021, DR3 2022) Fotometrie: 1.3 miliard objektů 6 - 20 mag Astrometrie: přesnost určení polohy: 7 |jas pro objekty <12 mag 25 |jas pro objekty <15 mag 300 |jas pro objekty <20 mag Spektroskopie: radiální rychlosti s přesností 2-10 km/s pro objekty <17 mag dvě zrcadla - 1,45x0,5 m řada CCD kamer, celkem 4500 x 1966 pixelů