Teleskopi un observatorijas

Optiskie teleskopi: Kopš 17. gadsimta teleskops ir galvenais astronomu darba instruments.

Radioteleskopi un citi: ;Ar mūsdienu teleskopiem pēta visdažādāko starojumu, kas nāk no Visuma.

Virszemes observatorijas: Teleskopus novieto observatorijās, kas atrodas augstu kalnos vai tuksnešos.

Orbitālās observatorijas: Lai izvairītos no atmosfēras traucējošās ietekmes, teleskopus palaiž kosmosā.

Optiskie teleskopi

Pirmo teleskopu pavērsa pret debesīm itāļu astronoms un fiziķis Galileo Galilejs 1610. gadā. 17. gadsimta sākumā holandiešu optiķi sāka izgatavot tālskatus, kas pietuvināja attālus priekšmetus. Pēc vairāku mēnešu mēģinājumiem arī G. Galilejs izgatavoja šadu ierīci. Ar pirmo teleskopu viņš varēja iegūt tikai nelielu palielinājumu un samērā neskaidru attēlu, tomēr ar to izdevās ieraudzīt daudz ko līdz šim cilvēka acij apslēptu. Uz Mēness G. Galilejs ieraudzīja krāterus, kalnus un ielejas, uz Saules - plankumus. Īpaši pārsteigts zinātnieks bija, ieraugot četrus Jupitera pavadoņus, kas riņkoja ap planētu. Pagriežot teleskopu pret Piena Ceļu, viņš ieraudzīja, ka tas sastāv no milzīga daudzuma vāji spīdošu zvaigžņu.

Baldones Šmita teleskops, kura objektīva diametrs ir 1,2 m. I. Vilka foto

Optiskā teleskopa galvenā sastāvdaļa ir objektīvs. Objektīvs ir lēca vai spogulis, kas sakopo (fokusē) starojumu, veidojot debess ķermeņu attēlus. Atbilstoši objektīva tipam, izšķir refraktorus jeb lēcu teleskopus, reflektorus, jeb spoguļu teleskopus un katadioptriskos teleskopus, kuros ir gan lēcas, gan spoguļi. Tajā vietā, kur veidojas attēls, novieto starojuma uztvērēju - fotoplati, lādiņsaites matricu, vai citu uztvērēju. Dažos gadījumos ar teleskopu iegūst nevis attēlu, bet mēra debess ķermeņa starojuma intensitāti, vai, novietojot staru ceļā prizmu jeb difrakcijas režģi, iegūst spīdekļa spektru. Teleskopus cenšas būvēt pēc iespējas lielākus (ar lielāku objektīva diametru), jo lielāks objektīvs savāc vairāk gaismas un ļauj saskatīt vājāk spīdošus Visuma objektus. Lielāko optisko teleskopu diametrs sasniedz 10 m! Bet teleskopa palielinājums nav tik liels, kā dažkārt mēdz domāt. Novērojumos reti izmanto palielinājumu, kas pārsniedz 300 - 400 reizes. Vairumā gadījumu lielie mūsdienu teleskopi nemaz nav domāti vizuāliem novērojumiem - tajos nav iespējams “ieskatīties” ar aci.

​

Viens no četriem VLT teleskopiem ar spoguļa diametru 8 m. ESO attēls.

Pasaules lielākie optiskie teleskopi

* - izgatavošanas stadijā.

Lai veiktu novērojumus, teleskops jāpagriež pret izvēlēto debess objektu. Tam jāspēj arī sekot debess spīdekļu kustībai, tāpēc lielos teleskopus aprīko ar datorvadību. Teleskopa mehānisko daļu, kas nodrošina uzvadīšanu un sekošanu debess spīdeklim, sauc par teleskopa montējumu. Ir divi galvenie montējumu tipi – ekvatoriālais montējums un azimutālais montējums.

Ekvatoriālais montējums (pa kreisi) un azimutālais montējums (pa labi)

Optisko teleskopu tipi

Radioteleskopi un citi

Mūsdienu teleskopi pēta dažādu starojumu, kas nāk no kosmosa - gaismu, siltumu (infrasarkano starojumu), radioviļņus, ultravioleto starojumu, rentgenstarojumu un gamma starojumu. Atbilstoši pastāv arī dažāda veida teleskopi: optiskie teleskopi, radioteleskopi, utt. Vēl ne pārāk sen pētījumiem izmantoja tikai optiskos teleskopus, kas uztver redzamo gaismu. Novērojumi dažādos starojuma diapazonos, kas sākās aptuveni 20. gadsimta vidū, burtiski “atvēra astronomiem acis”, ļaujot iepazīt kosmosu visā tā daudzveidībā. Iedomājieties cilvēku, kas līdz šim pasauli skatījis tikai melnbaltu, bet nu to ieraudzījis krāsās!

Elektromagnētisko viļņu skala

Radioteleskopi, rentgenteleskopi un citu diapazonu teleskopi konstruktīvi atšķiras no optiskajiem teleskopiem. Piemēram, radioteleskops izskatās pēc milzīga šķīvja. Tam ir paraboliskas formas metāla antena, kas atstaro radioviļņus un savāc uztverto starojumu vienā punktā. Šajā punktā atrodas neliels uztvērējs – radiometrs, kas noskaņots noteikta garuma radioviļņa uztveršanai. Tālāk radiosignāls tiek aizvadīts uz reģistrējošo aparatūru, kur uztverto signālu daudzkārt pastiprina, atdala trokšņus un izmēra signāla intensitāti. Iegūto informāciju saglabā, izmantojot datoru.

Radioteleskopi darbojas daudz garākos viļņos nekā optiskie teleskopi, tādēļ radioteleskopiem ir maza izšķirtspēja. Šī iemesla dēļ ar parastu radioteleskopu nevar iegūt debess objektu radioattēlus. Taču radioteleskopu var padarīt “redzīgāku”, izveidojot radiointerferometru. Vienkāršākais radiointerferometrs sastāv no diviem radioteleskopiem, kas atrodas pietiekami lielā attālumā viens no otra. Tie uztver debess ķermeņa radiostarojumu, kas katru teleskopu sasniedz nedaudz atšķirīgā laika momentā. Abus novērojumus salīdzina, daudzkārt atkārto un pēc tam sarežģītu aprēķinu ceļā iegūst radiostarojuma avota attēlu. Radiointerferometra izšķirtspēju nosaka nevis teleskopa diametrs, bet gan attālums starp radioteleskopiem, tāpēc radiointerferometra izšķirtspēja ir daudz augstāka, nekā atsevišķam radioteleskopam.

Radioteleskops. NASA/JPL attēls​

Pasaules lielākie radioteleskopi

* - izgatavošanas stadijā;

** - gredzens ar 600 m diametru;

*** - radiointerferometrs, kuru veido 27 radioteleskopi, katra diametrs 25 m.

Virszemes observatorijas

Astronomiskos novērojumus koncentrē vienuviet - astronomiskajās observatorijās, kurās parasti cits citam līdzās atrodas optiskie instrumenti, radioteleskopi un citas ierīces. Astronomiskā observatorija ir plašs zinātnisks komplekss, kurā bez teleskopiem ietilpst arī zinātniskās laboratorijas novērojumu apstrādei, darbnīcas aparatūras konstruēšanai un remontam. Optiskos teleskopus ievieto grozāmā kupolā ar atveramu lūku. Liela teleskopa kupols ir daudzstāvu mājas augstumā. Kupols vajadzīgs, lai pasargātu teleskopu no vēja, nokrišņiem un sasilšanas dienas laikā. Ja naktī novērojumu laikā temperatūra kupolā un ārpusē atšķiras, tad rodas gaisa plūsmas, kas kropļo attēlu. Neraugoties uz šiem piesardzības pasākumiem, Zemes atmosfēra tomēr lielā mērā traucē astronomiskos novērojumus. Teleskopi atrodas it kā milzīgas “gaisa jūras” dibenā, kas nekad nav pilnīgi mierīga, tāpēc zvaigžņu attēli gan šūpojas, gan mirgo. Šī iemesla dēļ optiskos teleskopus uzstāda augstu kalnos, kur ir dzidrs un mierīgs gaiss un maz mākoņu, vietās ar labu astroklimatu. Mūsdienu lielākās observatorijas ir izvietotas kalnu virsotnēs tuksnesīgās un nomaļās vietās. Tās ir Eiropas Dienvidu observatorija Lasiljas un Paranala kalnā Čīlē; Maunakea observatorija Havaju salās, kur strādā amerikāņu, angļu, franču un kanādiešu astronomi; La Palmas observatorija Kanāriju salās, kur uzstādīti Anglijas, Itālijas un Skandināvijas valstu teleskopi; Speciālā astrofizikas observatorija Zeļenčukā, Krievijā; Astronomijas observatorija Saidingspringā, Austrālijā; Palomara kalna observatorija ASV; Nacionālā radioastronomijas observatorija ASV, kuras instrumenti izvietoti dažādos štatos, un citas.

​

Teleskopa kupols Tartu observatorijā Igaunijā. I. Vilka foto

Orbitālās observatorijas

Novērojumus gamma, rentgena un daļēji arī ultravioletajā elektromagnētiskā starojuma diapazonā iespējams veikt tikai no kosmosa, jo starojums šajos diapazonos nemaz nenonāk līdz Zemes virsmai - to aiztur atmosfēra. Tāpēc arvien biežāk teleskopus palaiž orbītā ap Zemi. Šādus teleskopus sauc par orbitālajām observatorijām. Taču orbitālajās observatorijās izvieto ne tikai gamma teleskopus, rentgenteleskopus un ultravioletos teleskopus, bet arī optiskos un infrasarakanos teleskopus, jo šeit tiem netraucē Zemes atmosfēras viļņošanās. Piemēram, kopš 1990. gada kosmosā sekmīgi darbojas Habla kosmiskais teleskops (Hubble Space Telescope, HST), kas pēta zvaigžņu un galaktiku izstaroto gaismu, infrasarkano un ultravioleto starojumu. Tiesa, kosmisko teleskopu izgatavošana un ekspluatācija ir ļoti dārga, piemēram, Habla kosmiskais teleskops ir izmaksājis 2 miljardus dolāru.

Habla kosmiskais teleskops. NASA attēls

Cita liela orbitālā observatorija - Komptona gamma starojuma observatorija (Compton Gamma Ray Observatory, GRO), tika palaista 1991. gadā. Tajā uzstādīti instrumenti, kas iegūst gamma starojuma avotu attēlus un spektrus. Šīm divām observatorijām 1999. gadā pievienojās Čandras rentgenstarojuma observatorija (Chandra X-ray Observatory), kas pēta rentgenstarojumu izstarojošos debess ķermeņus. Plānots, ka 2001. gadā kosmosā tiks palaists Kosmiskais infrasarkanais teleskops (Space Infrared Telescope Facility, SIRTF), kurš būs apgādāts ar ierīcēm attēlu un spektru iegūšanai ļoti plašā infrasarkano viļņu garumu diapazonā.

Nozīmīgākās pēdējo gadu orbitālās observatorijas

¹ - National Aeronautics and Space Administration - ASV Nacionālā aeronautikas un kosmosa apgūšanas pārvalde.

² - Vācijas Aerokosmiskais centrs.

³ - European Space Agency - Eiropas Kosmiskā aģentūra.

⁴ - Plānotais palaišanas laiks.