captcha

Jūsų klausimas priimtas

25 metai „Hubble“, arba Kaip pamatyti nematoma

Nuo senų laikų žmogus, norėdamas pamatyti tolyje esantį objektą, primerkdavo akį. Tai yra pats tolimiausias teleskopo „giminaitis“ – difrakcijos dėka išgaunamas ryškesnis vaizdas. Vėliau žmogus pradėjo gaminti didinamus stiklus, o 1608 metais atsirado pirmas žinomas teleskopas.
Sipa USA/Scanpix nuotr.
Sipa USA/Scanpix nuotr.

Nuo senų laikų žmogus, norėdamas pamatyti tolyje esantį objektą, primerkdavo akį. Tai yra pats tolimiausias teleskopo „giminaitis“ – difrakcijos dėka išgaunamas ryškesnis vaizdas. Vėliau žmogus pradėjo gaminti didinamus stiklus, o 1608 metais atsirado pirmas žinomas teleskopas.

Jei pirmieji teleskopai veikė matomos šviesos diapazone, vėliau žmonės išmoko pro teleskopus „matyti“ mūsų plikai akiai nematomus dalykus.

Tai galėjo būti tiesiog per silpni šviesos šaltiniai arba visai kitokių dažnių šviesos bangos. Dėl elektronikos žmonės atrado naują regą, o mūsų mokslininkai įgijo neįtikėtinai galingus įrankius. Vienas iš tokių yra „Hubble“ kosminis teleskopas, kuriam balandžio 24 dieną švęs 25 metų jubiliejų!

Teleskopo atsiradimo link 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 padidinamųjų stiklų kombinacija, kuomet pirmas stiklas surenka visus lygiagrečius šviesos pluoštelius savo židinyje, o antras stiklas juos „praplečia“, taip padidindamas objekto atvaizdą.

Galilėjaus teleskopo schema. Objektą matome didesniu kampu nei plika akimi

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

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 (kai vienas iš lęšių buvo pakeičiamas neplokščiu veidrodėliu).

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

Kodėl du lęšiukai buvo tokie brangūs? Visų pirma, dėl vaizdo netobulumų, kurie atsirasdavo panaudojus storesnius lęšiukus. Viduramžiais, kai teleskopo kūrėjas norėjo išgauti 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.

„Hubble“ kosminio teleskopo vaizdai su sferine aberacija ir po korekcijos

Liežuvis nesiverčia kitos situacijos pavadinti kitaip, nei anekdotine. Kai mūsų jubiliatas – „Hubble“ kosminis teleskopas – 1990 metais balandžio 24 dieną sėkmingai pasiekė jam numatytą orbitą, niekas dar nežinojo, jog tiksliausiame bet kada pagamintame prietaise bus pasislėpusi banali Viduramžių laikus menanti sferinė aberacija! Vietoje ryškių „Hubble“ vaizdų, prie kurių esame tiek pripratę, mokslininkai išvydo išblukusias neryškias ir baisias nuotraukas.

Anot populiaraus fizikų mito, taip atsitiko dėl to, kad šlifavimo įrenginys naudojo ne metrinę sistemą, o imperinę. Nors milžiniškas teleskopo veidrodis buvo idealiai tiksliai nušlifuotas, jo forma buvo kitokia, negu reikėjo pagal projektą. Beje, realybė buvo netoli legendos, šlifavimo įrenginys turėjo neteisingai surinktą prietaisą.

Specialios formos lęšis susitvarkydavo su sferine aberacija

Tam, kad pataisytų sferinę aberaciją, pirmų lęšių gamintojams teko keisti individualių lęšių formą. Fizikos mokslas tais laikais buvo dar neišsivystęs, todėl teleskopų gamintojams tekdavo investuoti daug laiko ir lėšų norint patobulinti esamą dizainą arba pagaminti geresnį teleskopą. Nieko nuostabaus, kad pirmi teleskopai buvo tokie brangūs. Šitoje vietoje galite paklaust, ar autorius neužsikalbėjo ir nepamiršo jubiliato? Tikrai ne! Kaip būtų galima spėti pagal ryškias ir vaizdingas teleskopo nuotraukas, mokslininkai rado sprendimą ir suvaldė sferinę aberaciją.

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

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

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

Chromatinę aberaciją taisoma dvejų skirtingų medžiagų pagalba

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 naudoti keletą lęšių pagamintų iš skirtingų medžiagų. Tai irgi prisidėjo prie kokybiškų teleskopų kainos.

Laikui bėgant, žmogus įvaldė fotografijos meną, tad astronomams nebereikėjo ašaroti naktimis prie teleskopų. Perpratus fotojuostelės gamybą, buvo pastebėta, kad atsižvelgiant į naudojamą medžiagą, 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 spinduliuotė. Praeitame amžiuje atsirado ir radioteleskopai.

Iš tikrų spalvų NASA pasigamina tokias, kokias nori

Įdėmus skaitytojas gali paklausti, o kaip pamatoma „nematomą“ šviesą? Vienas reikalas – teleskopas, 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, kurį 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 naudoja „Photoshop“ programą, taip iš kelių juodai baltų vaizdų gauna spalvotą pseudonuotrauką.

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

Erelio ūko nuotrauka infraraudonojoje šviesoje

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

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!

Komentarai

Spausdami siųsti mygtuką sutinkate su Taisyklėmis ir atsakomybe

Mokslas ir IT

 

Susiję įrašai

 
Visi įrašai
Kraunasi ...
 
GrojaraštisIrašaiKeisti
Kraunasi ...
  
VartotojasPašalinti
Kraunasi ...