Science Academy - kritický způsob myšlení a praktické aplikace přírodovědných a technických poznatků v reálném životě reg.č. CZ.1.07/2.3.00/45.0040
Metodika práce s astronomickými přístroji 4 Příslušenství k astronomickým dalekohledům Astronomický dalekohled, to není jen tubus na montáži a pár okulárů, ale také řada volitelných doplňků, bez nichž se (ne)obejdete – hledáčky, barlowovy čočky, zenitové hranoly a zrcátka, filtry, binokulární a revolverové hlavice či rosnice. Tušíte, k čemu jsou dobré?
Okuláry Na první pohled by se mohlo zdát, že kvalita astronomického dalekohledu závisí především na jeho objektivu. To je ale pravda jen z části. Podstatnou komponentou každého dalekohledu, jenž je určen k vizuálnímu pozorování, jsou také okuláry. Špatný okulár může snadno pokazit i špičkový objektiv. Při výběru okulárů byste proto rozhodně neměli příliš šetřit. Prvními okuláry byly jednoduché čočky – spojky nebo rozptylky. Už v roce 1703 ovšem přišel nizozemský astronom Christiaan Huygens s okulárem složeným ze dvou spojných čoček. Od tohoto okamžiku se rodina okulárů začala poměrně rychle rozrůstat. Dnešní okuláry jsou výrazně komplikovanější a propracovanější než jejich předchůdci z 18. či 19. století. Většinou jsou složeny ze čtyř nebo i více čoček a celé řady clonek. Jejich označení je proto nutné brát s určitou rezervou, protože se většinou nejedná o původní konstrukci, ale její vylepšenou verzi. Jelikož se okuláry vyrábějí v mnoha různých variantách, zaměříme se spíše na jejich obecné vlastnosti. Zajímá-li vás detailní optická konstrukce daného modelu, lze ji zpravidla dohledat na internetu. Současné okuláry se vyrábějí ve dvou průměrech upínacího tubusku, který se vkládá do okulárového výtahu. Menší okuláry mají průměr 1,25“ zatímco větší okuláry 2“ (průměry objektivů, okulárů či okulárových výtahů jsou často uváděny v tzv. palcích, délkové míře, která se používá v anglosaském světě, jeden palec – symbol “ – odpovídá délce 2,54 cm). Většina dalekohledů má okulárové výtahy o průměru 2“, do nichž je vložena redukce o průměru 1,25“. Takové uspořádání pozorovateli zaručuje možnost použít jak 2“ tak 1,25“ okuláry. 1
Dalším důležitým parametrem je tzv. oční reliéf. Jednoduše řečeno se jedná o průměr koncové čočky okuláru, ke které pozorovatel přikládá své oko (větší oční reliéf zpravidla znamená také pohodlnější pozorování). Zásadním údajem je pak samozřejmě ohnisková vzdálenost okuláru, ze které lze odvodit výsledné zvětšení dalekohledu. Podstatnou informací je také vzdálenost výstupní pupily, která říká, v jaké vzdálenosti od okuláru bude pozorovatelovo oko. Pohodlnější jsou přitom okuláry, které mají větší vzdálenost výstupní pupily a oko tak není „nalepeno“ až na čočce. Při nákupu byste se měli vždy zaměřit také na zorné pole okuláru, závisí na něm totiž i výsledné zorné pole dalekohledu (zorné pole dalekohledu vypočítáte jako poměr zorného pole okuláru a zvětšení dalekohledu). Na úhlově velké objekty se hodí dlouhoohniskové okuláry s velkým zorným polem poskytující malá zvětšení. Pokud se naopak chcete zaměřit na sledování měsíčních či planetárních detailů, nemusíte se velikostí zorného pole příliš zabývat. Budete totiž pozorovat úhlově malé objekty, které se do zorného pole dalekohledu snadno vejdou. Je dobré si uvědomit, že složité vícečočkové okuláry obsahují řadu optických členů, na kterých dochází k odrazům a pohlcování světla. Proto je žádoucí, aby byly čočky okulárů opatřeny antireflexními vrstvami, jež dokážou ztráty světla omezit. Důležité je i dokonalé vnitřní vyčernění, zabraňující zbytečným odleskům.
Jednotlivé konstrukce okulárů se často jmenují po svých vynálezcích. Například okulár Huygensův, Ramsdenův, Kellnerův, Erfleův, Naglerův apod. Na obrázku je znázorněno uspořádání čoček uvnitř některých typů okulárů a uvnitř Barlowovy čočky.
2
A jaký průměr okulárů vlastně vybrat? Jelikož jsou 1,25“ okuláry ve srovnání se svými většími bratry levnější, je dobré začít právě s nimi. K dvoupalcovým okulárům se většina pozorovatelů uchyluje zejména v okamžiku, kdy touží po co největším průměru zorného pole a vyšším komfortu pozorování. Právě mezi tzv. širokoúhlými okuláry se zorným polem 60° a více nalezneme nejvíce okulárů ve 2“ provedení. Při výběru okuláru si pečlivě prohlédněte také jeho mechanické zpracování. Každý okulár musí být vybaven kvalitní očnicí lemující koncovou čočku. Očnice, jež je obvykle ohrnovací nebo zasunovací, vás chrání před rozptýleným světlem a pozorovatelům s brýlemi umožňuje bezpečně přiložit obrýlené oko k okuláru, aniž by hrozilo riziko poškrábání koncové čočky. Dobrý okulár má také odolné povrchové zpracování a je například pogumovaný. Lépe se tak vypořádá s nenadálými pády či vlhkostí. Chybět by rozhodně neměly krytky, kterými je možné zakrýt jak spodní tubusek, tak druhý konec okuláru. Vyvarujete se tím rychlého zaprášení optických ploch.
Hledáčky Tubusy astronomických dalekohledů jsou téměř vždy vybaveny tzv. hledáčkem určeným k zacílení hlavního dalekohledu na požadovaný objekt. Nejběžnější jsou hledáčky optické a průhledové. Optický hledáček je vlastně menší dalekohled s malým zvětšením a velkým zorným polem, který je navíc opatřen záměrným křížem (pro lepší viditelnost v noci bývá kříž osvětlený). Správně uchycený hledáček je rovnoběžný s hlavním dalekohledem, takže se střed zorného pole hledáčku kryje se středem zorného pole hlavního dalekohledu. Jinými slovy, pokud si nastavíte hvězdu do středu hledáčku, budete ji mít také ve středu zorného pole hlavního přístroje. A protože má hledáček velké zorné pole, vyhledávají se s ním objekty mnohem snáze. Princip průhledového hledáčku je poněkud odlišný. Hledáček sestává z průhledné skleněné matnice, na kterou červená LED dioda promítá značku, obvykle bod či záměrný kříž. Pozorovatel pak hledí skrze tuto matnici na hvězdné nebe a vidí na něm i promítanou světelnou značku. Při korektním zacílení dalekohledu se tudíž pozorovaný objekt, světelná značka hledáčku a pozorovatelovo oko nachází v jedné přímce. A protože se pozorovatel na nebe dívá přes rovnou skleněnou destičku, není obraz nijak zvětšený a zachovává si proporce pohledu očima. Průhledový hledáček tedy není dalekohled. Dodejme, že jas promítané světelné značky lze většinou plynule regulovat tak, aby pozorovatele v noci neoslňovala. Speciální variantou hledáčků jsou často vybaveny sluneční dalekohledy. Jejich hledáčky lze popsat jako projekční, protože sestávají z plošky s malým otvorem uprostřed, za níž je ve vzdálenosti několika centimetrů umístěna malá rovná matnice. Sluneční paprsky se pak skrze otvor v plošce promítají na matnici, čím signalizují, že hledáček i dalekohled míří na Slunce. V tomto případě se tedy pozorovatel nedívá přímo do hledáčku, ale pouze sleduje jeho matnici.
3
Průhledový hledáček se skleněnou matnicí, na níž se promítá světelná značka.
Barlowovy čočky Barlowova čočka skýtá levný způsob, jak rozšířit řadu možných zvětšení vašich okulárů. Jedná se o rozptylku složenou z několika dílčích čoček, která se vkládá mezi objektiv a okulár a prodlužuje ohniskovou vzdálenost objektivu. Obvykle se vyrábějí barlowovy čočky s parametrem 1,5x, 2x nebo dokonce 3x. Tato informace udává, kolikrát se při použití barlowovy čočky prodlouží ohnisková vzdálenost objektivu. Zkombinujete-li tedy okulár poskytující sto násobné zvětšení s barlowovou čočkou 2x, získáte zvětšení 200x. Pamatujte ale na to, že levnější barlowovy čočky mohou zhoršit kvalitu obrazu, vnést do optické soustavy barevnou vadu a řadu dalších neduhů. Vždy je tudíž lepší mít několik okulárů různých ohnisek.
Zenitová zrcátka a hranoly U refraktorů či katadioptrických dalekohledů, jejichž okulárový výtah je umístěný na spodní straně tubusu, jsou v podstatě vždy používána tzv. zenitová zrcátka nebo hranoly, jejichž úkolem je odklonit světelné paprsky pod úhlem 90°nebo 45°. Výrazně lépe se pak pozoruje nebe ve větších úhlových výškách nad obzorem, např. v oblasti zenitu. Uvnitř tohoto optického členu je buď jednoduché rovinné zrcátko, nebo skleněný hranol.
4
Zakoupit lze 1,25“ i 2“ varianty určené pro okuláry příslušného průměru. Dvoupalcové zrcátko je navíc možné dovybavit redukcí pro 1,25“ okuláry. Refraktor či katadioptrický dalekohled dává ve spojení se zrcátkem obraz, který je orientovaný výškově správně, ale zůstává stranově převrácený. Pokud ovšem použijete skleněný hranol, získáte výškově i stranově správně orientovaný obraz. Pro pozemská pozorování s výše uvedenými typy dalekohledů lze proto doporučit právě skleněné hranoly. Existují i speciální, tzv. překlopná zrcátka, která jsou opatřena jedním vstupem a dvěma výstupy. Pozorovatel tak může do prvního výstupu vložit okulár, zatímco druhý výstup osadí třeba malou kamerou nebo fotoaparátem. Rovinné zrcátko uvnitř tohoto optického elementu je pak možné natočit do dvou koncových poloh tak, aby světelné paprsky vycházely buď prvním, nebo druhým výstupem.
Robustní 2“ zenitové zrcátko (vybavené redukcí na 1,25“) odklánějící světelné paprsky o 90°.
Filtry Okulárové filtry o upínacím průměru 1,25“ nebo 2“ slouží k některým speciálním pozorováním. Šroubují se na spodní část okulárového tubusku a teprve s našroubovaným filtrem se okulár vkládá do zenitového zrcátka či okulárového výtahu. Barevné filtry používají někteří pozorovatelé planet či Měsíce ke zvýraznění méně nápadných a málo kontrastních detailů. Například pro sledování Jupiteru bývá doporučován modrý filtr, pro Mars zase filtr červený.
5
Setkat se můžete také s šedými filtry s omezenou propustností udávanou v procentech prošlého světla, jež se používají při pozorování Měsíce. Ve velkých dalekohledech, zvláště pak při malých zvětšeních, může totiž jas měsíčního povrchu velmi nepříjemně oslňovat. Vyplatí se proto měsíční svit poněkud utlumit. Alternativou šedých filtrů jsou tzv. polarizační filtry, u kterých je možné plynule měnit propustnost světla v rozmezí 0-100%. Jsou však výrazně dražší než jednoduché šedé filtry. Velmi rozšířené jsou tzv. mlhovinové (neboli sodíkové) filtry, které propouštějí celou oblast viditelného záření až na úzkou část, ve které září nažloutlé sodíkové výbojky používané v lampách pouličního osvětlení. Filtr tak vlastně potlačuje vliv světelného znečištění a umožňuje i z centra města zahlédnout některé velmi špatně pozorovatelné objekty vzdáleného vesmíru. Například málo kontrastní plynné a prachové mlhoviny.
Binokulární hlavice Tzv. binokulární hlavice jsou určeny k pozorování oběma očima. Světlo vyvedené z tubusu dalekohledu se uvnitř hlavice dělí na dva nezávislé svazky, které putují do očí pozorovatele. Na rozdíl od triedru tedy nejde o dva samostatné dalekohledy, ale o soustavu hranolů, které rozdělují světelné paprsky. Výhodou je pohodlnější pozorování a také jistý prostorový dojem, zejména při sledování měsíčního povrchu, jenž je doslova poset různě vysokými útvary. Obraz je pak výrazně více „plastický“ než při pozorování jedním okem a pozorovatelé obvykle zaznamenají i větší množství detailů. Binokulární hlavice ovšem mají i nevýhody. Například musí být vždy pečlivě seřízené, jinak mohou „šilhat“ a namísto jedné hvězdy uvidíte hvězdy dvě. Tou největší nevýhodou je ale nutnost pořídit dva identické okuláry, což již tak drahé binokulární hlavice ještě více prodražuje.
Binokulární hlavice určená k pozorování oběma očima připevněná k okulárovému výtahu refraktoru.
6
Revolverové hlavice Revolverové hlavice usnadňují výměnu okulárů při pozorování. Zatímco na jedné straně je hlavice opatřena vstupním tubuskem, který se zasouvá do dalekohledu, na druhé straně se nachází obvykle tři až pět pozic pro jednotlivé okuláry. Výměna okulárů pak probíhá otáčením hlavice, respektive otáčením dílu s okuláry. Tento způsob výměny okulárů, kdy lze rychle střídat jedno zvětšení za druhým, však má i své zápory. Revolverová hlavice je totiž velmi těžká a klade zvýšené nároky na vyvážení dalekohledu i pevnost okulárového výtahu.
Revolverová hlavice se čtyřmi samostatnými výstupy pro okuláry s upínacím průměrem 1,25“.
Rosnice Každý dalekohled by měl být opatřen tzv. rosnicí, která chrání objektiv před rosou, prachem i světlem dopadajícím z okolí. U klasických newtonových dalekohledů s plným tubusem je dostatečnou rosnicí samotný tubus, který usazování vlhkosti velice dobře brání. U čočkových či katadioptrických dalekohledů je ale objektiv umístěn nikoliv na konci, nýbrž na začátku tubusu. Rosnice se proto nasazuje přímo před objektiv. Její délka je navíc omezená, a proto se čočkové či katadioptrické dalekohledy rosí snáze, než newtony. Zatímco tubusy čočkových dalekohledů jsou kovovou či plastovou rosnicí v délce 10 až 15 centimetrů opatřeny již z výroby, katadioptrické dalekohledy rosnici obvykle vůbec nemají. Jednoduchou a levnou rosnici však lze vyrobit například z obyčejné polyuretanové karimatky stočené do tvaru válce a nasazené na konec tubusu v oblasti objektivu. Rosení objektivu je možné zabránit také vyhříváním 7
dalekohledu odporovým drátem omotaným kolem tubusu, respektive kolem rosnice. Na trhu jsou k dispozici i speciální rosnice pro rozličné průměry objektivů s již zabudovaným vyhříváním.
Vybíráme vhodné pozorovací stanoviště Astronomický dalekohled, to není jen tubus na montáži a pár okulárů, ale také řada volitelných Chtěli byste začít pozorovat hvězdné nebe? Směle do toho! Samozřejmě není nic snazšího, než vyjít ven z domu a zaklonit hlavu… Může se ovšem stát, že budete spíše zklamáni. Zvláště v případě, že žijete v některém z větších měst. Na vině je tzv. světelné znečištění, které pronásleduje dokonce i profesionální astronomy vyzbrojené nejmodernější pozorovací technikou. O co se jedná? Zejména velkoměsta jsou doslova zaplavena obrovským množstvím světelných zdrojů, třeba pouličním osvětlením, reflektory projíždějících aut nebo reklamními poutači. Přemíra rozptýleného světla kolem nás pak vede k tomu, že se temné hvězdné nebe promění v mdlou naoranžovělou kulisu, na které stěží rozpoznáme pouze několik desítek nejjasnějších hvězd a pár těles Sluneční soustavy. Pod skutečně tmavou oblohou se však můžeme těšit z pohledu na šest tisíc hvězd! A to už je pořádný rozdíl. Nezbývá tudíž nic jiného, než rušivé účinky hvězdného smogu co nejvíce omezit, jak ale najít to správné pozorovací stanoviště? Je zřejmé, že zcela zásadním kritériem při výběru pozorovacího stanoviště bude míra světelného znečištění v místě pozorování. Světelné zdroje doprovázejí lidská sídla, a tak lze obecně říci, že uniknout světelnému znečištění znamená tak trochu opustit civilizaci. Neberte to ovšem nijak dramaticky, stačí, když se z města přesunete třeba na menší vesnici nebo ještě lépe někam do hor, třeba na Šumavu nebo do Beskyd.
O míře světelného znečištění ve vašem okolí se můžete přesvědčit velmi jednoduše. Stačí, když si uděláte jeho noční fotografii s delší expozicí. Nejvíce osvětlená místa pak na fotografii rozhodně nepřehlédnete. V Brně je silně rušivým zdrojem světla například městská dominanta Špilberk.
8
Ale pozor, v takové lokalitě může i jedna lampa zářící na kilometry daleko znamenat pro pozorování velkou nepříjemnost. Pak nezbývá nic jiného, než si najít takové pozorovací stanoviště, na kterém vám všechny zdroje světla zmizí z přímého dohledu. Stejnou radu lze ostatně dát i pozorovatelům ve městech, pro které budou výlety za tmavou oblohou spíše mimořádným zpestřením a po většinu roku se budou muset spokojit s průměrnými podmínkami. Městskému světelnému znečištění sice neuniknete, to ovšem ještě neznamená, že musíte pozorovat přímo pod lampou. I ve městech si vybírejte lokality, kde vás „neohrožují“ přímé zdroje světla a jste takříkajíc v zástinu. Zkusit můžete třeba parky, dětská hřiště apod. Vždy se vyplatí projít si místo, které si vyberete za své pozorovací stanoviště, během dne. Můžete tak odhalit překážky, kterých si v noci nemusíte všimnout. Pamatujte také na to, že nástrahy se nemusí skrývat pouze v terénu, ale i v některých lidech, proto vždy dobře zvažte, kam se v noci vydáte. Nezapomeňte o tom informovat své blízké a mějte po ruce nabitý mobilní telefon. Temné nebe však není to jediné, co budete k pozorování potřebovat. Dozajista oceníte i co nejlepší výhled na oblohu. Jen málokdo má to štěstí, že se jeho pozorovací stanoviště nachází na volném prostranství nebo vyvýšeném místě, ze kterého obhlédne celou oblohu. Vždy je ale dobré, když vidíte pokud možno nad východní, jižní a západní obzor. Právě v těchto směrech totiž můžete spatřit většinu těles Sluneční soustavy. Platí přitom, že v našich zeměpisných šířkách vycházejí nebeské objekty na východě, procházejí nad jihem, kde dosahují své největší úhlové výšky nad obzorem (tzv. kulminují) a zapadají na západě. I proto budou vaše pohledy směřovat velmi často právě nad jižní obzor. Zvláště ve městech má však snaha dosáhnout co nejlepšího rozhledu jedno úskalí – s rostoucím výhledem totiž stoupá i množství světelných zdrojů, které zahlédnete…
Dobrou představu o rozložení světelného znečištění na Zemi dává i družicový snímek nočního povrchu planety Země. Není náhodou, že jsou nejvíce postiženy vyspělé průmyslové oblasti světa.
9
Samozřejmě, že nezbytností je i spolehlivá baterka. Hodit se vám přitom budou baterky dvě. Jedna klasická, vydávající bílé světlo pro případ, že budete potřebovat osvětlit vetší plochu (třeba zkontrolovat místo pozorování). Druhá červená, vydávající tlumené červené světlo, která v noci nejméně zatíží vaše oči. Protože žijeme v mírném pásmu, je třeba se připravit na vrtochy počasí, které nás v noci mohou zaskočit mnohem více, než přes den. Asi není potřeba zdůrazňovat, že tím nejpodstatnějším, co si vzít s sebou, respektive na sebe, je vhodné a dostatečně teplé oblečení. Nenechte se přitom zmást teplotami přes den! I letní noci mohou být velice chladné, a jestliže padne rosa, budou i nepříjemně mokré. Obecně lze vždy doporučit pevné a nepromokavé kotníkové boty, které se vypořádají nejen s vlhkostí a zimou, ale také s nerovným terénem. Příjemně hřát vás určitě bude i kvalitní termoprádlo a chybu neuděláte ani s bundou a kalhotami, jež odolají padající rose. Jelikož nebudete určitě celou dobu stát, vezměte si sebou na sezení (či dokonce ležení) třeba karimatku. Ještě vhodnější jsou ale rozkládací stoličky či křesla, jaké používají například rybáři. Sedíte na nich několik desítek centimetrů nad zemí a chladný zemský povrch i usazená rosa jsou tudíž dostatečně daleko od vašich sedacích partií. Kromě toho, že rosa nepříjemně studí, má i další negativní vlastnosti. Skvěle se kupříkladu vpíjí do papírových map hvězdné oblohy či dalších tiskovin. Proto si různé tištěné materiály vložte do průhledných, nepromokavých igelitových obalů a na psaní si vezměte namísto propisky raději měkčí tužku. Ta se totiž na zvlhlém papíře rozhodně nerozpíjí. Jestliže vyrážíte za oblohou na delší dobu, nezapomeňte si sebou přibalit i termosku s horkým nápojem a svačinu. Vhodné jsou různé energetické tyčinky nebo čokoláda, které vám rychle dodají energii a především vám zvednou náladu v okamžiku, kdy zjistíte, že se zatahuje… Na rozmary počasí si ostatně budete muset zvyknout, protože se stanou nedílnou součástí vašich nočních výprav. Obrazové materiály: www.omegon.eu, www.williamoptics.com, www.baader-planetarium.com, Jan Píšala, C. Mayhew & R. Simmon (NASA/GSFC), NOAA/ NGDC, DMSP Digital Archive
10
