Twoja wyszukiwarka

WALDEMAR OGŁOZA
MIŁOŚNIK TEŻ COŚ ZNACZY
Wiedza i Życie nr 11/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 11/2000

Mało kto wie, że co druga kometa jest odkrywana przez miłośników astronomii. Astronomia to jedna z nielicznych dyscyplin naukowych, w których amatorzy mogą niekiedy dokonać więcej niż zawodowcy.

Astronomowie-profesjonaliści posługują się dziś teleskopami optycznymi o średnicach przekraczających 10m , detektorami światła CCD setki razy czulszymi niż klisza fotograficzna i sieciami radioteleskopów rozciągającymi się na całe kontynenty. Dysponują obserwatoriami kosmicznymi badającymi Wszechświat praktycznie we wszystkich zakresach widma fal elektromagnetycznych oraz próbnikami bezpośrednio badającymi różne obiekty naszego Układu Słonecznego.

Miłośnicy astronomii posługują się nieporównanie skromniejszymi narzędziami. Czy mimo to ich obserwacje mogą być użyteczne dla nauki? Aby odpowiedzieć na to pytanie, poszukajmy atutów, jakimi dysponuje astronom-amator, i takich cech jego pracy, których nie znajdziemy w pracy profesjonalisty. Miłośników astronomii jest znacznie więcej niż astronomów profesjonalnych i są bardziej rozproszeni po świecie. Niewielkie rozmiary teleskopów, jakich używają, pozwalają im na szybkie przenoszenie się z miejsca na miejsce. Jest to bardzo ważne przy badaniu zjawisk, które są dobrze widoczne tylko z określonych miejsc (np. zaćmienia Słońca lub zakrycia gwiazd przez planetoidy). W takich przypadkach amatorzy mogą wykonać więcej obserwacji i zgromadzić więcej danych niż zawodowcy.

Miłośnicy astronomii mają niczym nie ograniczony dostęp do swoich teleskopów, które mogą dowolnie długo kierować na wybrane przez siebie obiekty. Obserwacje amatorskie są prowadzone prostymi metodami, co pozwala porównywać ich wyniki z archiwalnymi zapiskami z czasów, gdy właśnie takie metody były w powszechnym użyciu. Wreszcie, pomimo postępu techniki nadal istnieją zjawiska, które najlepiej obserwować gołym okiem (np. meteory). W takich przypadkach różnice między obserwacjami amatorskimi i profesjonalnymi zacierają się całkowicie.

Aktywność Słońca

Nasza gwiazda dzienna stanowi bardzo wdzięczny przedmiot badań amatorskich, ponieważ można ją obserwować nawet za pomocą bardzo prostych metod. Wahania aktywności oraz obrót Słońca sprawiają, że wygląd jego tarczy zmienia się nawet z dnia na dzień, co uatrakcyjnia obserwacje.

Amatorskie obserwacje Słońca polegają głównie na zliczaniu plam słonecznych. W 1849 roku astronom szwajcarski Rudolf Wolf zaproponował sposób mierzenia stopnia zaplamienia tarczy słonecznej za pomocą parametru nazywanego dziś liczbą Wolfa . Przez długi czas liczby Wolfa były jedynym miernikiem aktywności słonecznej. Wiemy już od dawna, że poziom aktywności Słońca zmienia się cyklicznie co 11 lat. Podejrzewamy, że istnieją także znacznie dłuższe cykle, współodpowiedzialne być może za epoki lodowcowe na Ziemi. Aby badać długookresowe zmiany aktywności słonecznej, trzeba skorzystać z możliwie długich serii obserwacji wykonanych taką samą metodą. Nadal więc wyznacza się liczby Wolfa. Mało tego: liczby otrzymane z obserwacji wykonanych za pomocą dużych przyrządów skaluje się w taki sposób, aby można je było bezpośrednio porównać z danymi Wolfa, który posługiwał się lunetą o średnicy 8 cm.

Badania Słońca prowadzi się dziś w specjalnych obserwatoriach heliofizycznych, które są usytuowane w miejscach o bardzo małym średnim rocznym zachmurzeniu, a nawet w przestrzeni kosmicznej (np. sondy Ulysses czy Soho). Dla zagadnień związanych z długookresowymi trendami w poziomie aktywności Słońca ich przydatność jest jednak niewielka; szerokie pole do popisu mają za to miłośnicy astronomii.

Zaćmienia i zakrycia

Zaćmienia Słońca i Księżyca są chyba najbardziej efektownymi zjawiskami na niebie. Przez wiele lat zaćmienie Słońca było jedyną okazją do badania korony słonecznej. Wyznaczając precyzyjnie moment zaćmień, poprawiano opis ruchu ciał niebieskich w Układzie Słonecznym. Aby badać dziś koronę słoneczną, nie trzeba już czekać na zaćmienie (umożliwia to przyrząd zwany koronografem), zaś położenie planet można określać za pomocą radarów i laserów. Amatorskie obserwacje zaćmień Słońca i Księżyca nie są wprawdzie zupełnie bezwartościowe, ale ich znaczenie jest niewielkie. Inaczej rzecz się ma z zakryciami.

Obserwacje zakryć gwiazdy przez Księżyc, planetę lub planetoidę polegają na pomiarze czasu jej zniknięcia bądź ukazania się i wymagają jedynie dobrego zegara oraz pewnej wprawy. Mogą je zatem prowadzić amatorzy. Ponieważ zakrycia są widoczne na ograniczonym obszarze, przydaje się cecha mobilności małych teleskopów amatorskich, które zawczasu można odpowiednio porozstawiać. Pożądana jest też duża liczba obserwatorów, którzy w tej samej chwili prowadzą obserwacje z różnych punktów obszaru widoczności danego zjawiska .

Komety

Znaczenie amatorskich badań komet można najlepiej zilustrować przykładem komety Halleya, która pojawia się na naszym niebie co 76 lat, a ostatnio była obserwowana w 1986 roku. Z każdym powrotem komety do Słońca astronomowie dysponowali zupełnie nowymi technikami obserwacyjnymi. W 1986 roku obserwowano ją za pomocą sond kosmicznych i teleskopów wyposażonych w kamery CCD. W 1910 roku posługiwano się technikami fotograficznymi, zaś jeszcze wcześniej oceniano jej jasność po prostu "na oko", utrwalając przy tym wygląd obiektu za pomocą odręcznych szkiców.

Gdybyśmy zebrali najlepsze dane otrzymane przy wszystkich powrotach komety i chcieli odpowiedzieć na pytanie, jak zmieniał się jej wygląd podczas kilku ostatnich przelotów w pobliżu Słońca, okazałoby się to niemożliwe. Nie da się ze sobą porównać obserwacji wizualnych i zdjęć wykonanych przez sondę międzyplanetarną. Aby przeprowadzić takie porównania, musimy dysponować obserwacjami, które przy każdym powrocie komety wykonywano w taki sam sposób. Dysponujący prostym sprzętem miłośnicy astronomii mogą tu dostarczyć bardzo wartościowych danych. Możemy być pewni, że niezależnie od rozwoju techniki podczas kolejnych powrotów komety Halleya nadal warto będzie rysować ją w szkicowniku i wizualnie oceniać jej jasność oraz wielkość.

Meteory

Krótkotrwały, niespodziewany błysk meteoru to jedno z nielicznych zjawisk astronomicznych, które najlepiej obserwować nieuzbrojonym okiem. Nasze oczy mogą bez trudu kontrolować duży obszar nieba (znacznie większy niż pole widzenia teleskopu). Gdy "spadająca gwiazda" już się pojawi, możemy precyzyjnie określić godzinę i czas trwania zjawiska. Jesteśmy w stanie z dużą dokładnością oznaczyć miejsce na niebie, w którym ukazał się meteor, oraz określić jego jasność, prędkość, barwę, kierunek lotu i długość śladu pozostawionego w atmosferze.

Do przeprowadzenia wartościowych naukowo obserwacji meteorów potrzeba jedynie zegara i mapy nieba (do zaznaczania śladów meteorów na sferze niebieskiej). Nic więc dziwnego, że takie obserwacje są prowadzone głównie przez miłośników astronomii (ramka: "Obserwacje meteorów sporadycznych" ; patrz też "Kosmiczny deszcz czy mżawka?", WiŻ nr 11/1998). Warto wspomnieć, że polska Pracownia Komet i Meteorów (adres internetowy: www.astrouw.edu.pl/~olech/pkim.html) jest w swej branży jedną z najbardziej aktywnych organizacji amatorskich na świecie.

Gwiazdy zmienne

Obecnie znamy ponad 40 tys. gwiazd, których jasność zmienia się z upływem czasu. Ich stałe monitorowanie przez profesjonalistów jest praktycznie niemożliwe. Oczywiście, te dobrze poznane nie wymagają już ciągłego "nadzoru". Tym niemniej liczba gwiazd, którym warto poświęcić czas, jest i tak ogromna. Obserwowanie gwiazdy zmiennej polega na mierzeniu lub choćby szacowaniu na bieżąco jej jasności. W najprostszym przypadku można ograniczyć się do odnotowywania takich zjawisk, jak rozjaśnienia (np. spowodowane wybuchami lub pulsacjami gwiazd) bądź pociemnienia (spowodowane np. zaćmieniami, do jakich dochodzi w gwiazdach podwójnych, których składniki okrążają się nawzajem).Wszystkie te czynności mogą z powodzeniem wykonywać miłośnicy astronomii.

Bardzo interesujące badania takich zjawisk, jak np. powolne zmiany okresu zmienności gwiazd, można przeprowadzić jedynie na podstawie długiej serii obserwacji . Serie takie da się otrzymać jedynie przy wykorzystaniu materiałów zebranych przez licznych obserwatorów amatorów. Wiele ciekawych informacji o obserwacjach gwiazd zmiennych można znaleźć pod adresem internetowym amerykańskiego towarzystwa obserwatorów gwiazd zmiennych AAVSO (www.aavso.org).

Patrolowanie nieba

Polowanie na nieznane komety, planetoidy oraz gwiazdy nowe i supernowe jest jednym z niewdzięcznych zadań astronomii obserwacyjnej, które pochłaniają bardzo dużo czasu i nie gwarantują sukcesów. Zadanie to chętnie podejmują astronomowie-amatorzy. Wymaga ono dostępu do dobrych atlasów i map astronomicznych oraz katalogów znanych obiektów, ale materiały te są coraz łatwiej dostępne. Liczba amatorów systematycznie przeszukujących niebo ciągle rośnie. Zamożniejsi posługują się nowoczesnym sprzętem, dzięki czemu wydajnością dorównują profesjonalistom.

Mało kto wie, że ponad połowa komet jest odkrywana przez amatorów. Najbardziej aktywni "łowcy" mają na swoim koncie po kilkanaście komet! Do sławnych komet odkrytych przez amatorów należą m.in. niezwykle jasna kometa Hale-Bopp oraz kometa Shoemaker-Levy 9, której upadek na Jowisza był jednym z najciekawszych wydarzeń ostatnich lat.

Astronomowie-amatorzy mogą również śledzić zmiany pogody na Marsie, tory sztucznych satelitów czy wypływy gazów z kraterów księżycowych. Aby ich wysiłek był użyteczny, muszą jednak wiedzieć, co i jak obserwować oraz co zrobić z uzyskanymi wynikami. Obserwacje astronomiczne dzielą się przede wszystkim nie na amatorskie i profesjonalne, lecz... na dobre i złe. Przed rozpoczęciem działalności radzę więc skontaktować się z najbliższym kołem PTMA (Polskie Towarzystwo Miłośników Astronomii; Zarząd Główny: ul. Św. Tomasza 30/8, 31-027 Kraków). Na stronie internetowej www.oa.uj.edu.pl/~ptma można znaleźć adresy pocztowe sekcji PTMA oraz odsyłacze do stron poszczególnych sekcji tematycznych. Zapraszam także do odwiedzenia mojej strony internetowej (ogloza@as.wsp.krakow.pl).

Liczby Wolfa

Liczba Wolfa jest zdefiniowana wzorem R = k(10g+p), w którym p jest liczbą plam, zaś g - liczbą grup plam widocznych na tarczy Słońca. Współczynnik k ustala się dla każdego instrumentu w taki sposób, aby otrzymane za jego pomocą liczby Wolfa były równe liczbom otrzymanym za pomocą lunety o średnicy 8 cm i 64-krotnym powiększeniu.

Zakrycia gwiazd przez planetoidy

Wielkim sukcesem astronomii amatorskiej było odkrycie istnienia satelitów wokół niektórych planetoid na kilkanaście lat przed pierwszym sfotografowaniem takiego obiektu przez sondę Galileo (był to Daktyl - satelita planetoidy Ida).

Dokonano tego, analizując przebieg zakryć gwiazd przez planetoidy (np. (6) Hebe i (532) Herculina). Wyobraźmy sobie rozległy obszar, na którym gęsto rozstawieni są obserwatorzy i na który pada światło świecącej wprost nad nim gwiazdy. Jeśli na drodze światła znajdzie się planetoida, na nasz obszar padnie jej cień. Będzie on oczywiście za słaby, aby go bezpośrednio zobaczyć, ale można go wykryć, sprawdzając, z których stanowisk nie widać gwiazdy.

Ponieważ Ziemia obraca się, a planetoida biegnie po swej orbicie, cień planetoidy przesuwa się po naszym obszarze. Każdy obserwator notuje moment, w którym na jego stanowisku gwiazda znika za planetoidą i moment, w którym się zza niej wyłania. Zebrawszy wszystkie dane, można odtworzyć kształt cienia, a więc i planetoidy. Oczywiście, im gęściej rozstawieni są obserwatorzy, tym dokładniej poznamy kształt i rozmiary planetoidy. Rozmiary planetoid sięgają kilkudziesięciu, a nawet kilkuset kilometrów. Dostateczną liczbę obserwatorów może więc zapewnić tylko "pospolite ruszenie" miłośników astronomii z przenośnymi teleskopami.

Warto przypomnieć, że do tej pory tylko kilka planetoid zostało zbadanych przez niezwykle kosztowne próbniki kosmiczne. Zakrycia gwiazd przez planetoidy w samej tylko Europie zdarzają się kilkanaście razy w roku. Dzięki odpowiednio przygotowanym kampaniom obserwacji amatorskich można zatem tanio zbadać znacznie więcej planetoid niż za pomocą próbników kosmicznych. Pomimo dość małej dokładności pomiary takie owocują wartościowymi naukowo informacjami.

Obserwacje gwiazd zmiennych

Słońce jest gwiazdą pojedynczą, ale w naszej Galaktyce znajduje się wiele układów podwójnych utworzonych przez parę obiegających się nawzajem gwiazd (takie układy są również nazywane gwiazdami podwójnymi).

Jeśli orbita, po której poruszają się gwiazdy w układzie podwójnym, jest nachylona pod odpowiednim kątem do linii łączącej obserwatora z tym układem, na Ziemi można zaobserwować zaćmienia jednego składnika układu przez drugi. Wszystkie gwiazdy są na tyle od nas odległe, że nie możemy zobaczyć ich tarcz. Nie zaobserwujemy zatem przesłaniania się tarcz składników układu. Najczęściej nie widzimy nawet każdego składnika z osobna i układ wygląda jak zwykła, pojedyncza gwiazda. Obieganie się składników i związane z tym zaćmienia będą obserwowane na Ziemi jako ciąg powtarzających się przygaśnięć. Zachowujące się w ten sposób układy podwójne zaliczamy do gwiazd zmiennych i nazywamy gwiazdami lub układami zaćmieniowymi.

Obserwacje gwiazd zaćmieniowych, których głównym celem jest precyzyjne wyznaczanie momentów zaćmień, mogą z powodzeniem prowadzić miłośnicy astronomii. Układy podwójne ewoluują, a w trakcie ewolucji zmienia się m.in. okres obiegu (czyli czas, w jakim powtarzają się zaćmienia). Aby móc coś powiedzieć o procesach odpowiedzialnych za zmiany okresu, trzeba zaobserwować co najmniej kilkaset minimów jasności. Już w przypadku układów krótkookresowych (o czasie obiegu poniżej jednego dnia) oznacza to kilka lat obserwacji. Do wykonania tak długich serii obserwacyjnych potrzebna jest bardzo duża liczba obserwatorów. Ocenia się, że 80% wszystkich obserwacji minimów wykonali astronomowie-amatorzy.

Obserwacje meteorów sporadycznych

Zliczanie meteorów sporadycznych (pozarojowych) to jedne z najlepszych przykładów prostej i łatwej obserwacji amatorskiej.

Meteory należące do roju krążą wokół Słońca po wspólnej orbicie i mogą być obserwowane tylko wtedy, gdy Ziemia przecina ją na swej drodze. Dzięki temu, przedłużenia ich śladów zbiegają się w małym obszarze nieba (radiancie), z którego rój zdaje się "wypływać". W odróżnieniu od nich, meteory sporadyczne poruszają się po rozmaitych orbitach, ich ślady układają się na niebie zupełnie przypadkowo, a prawdopodobieństwo napotkania ich jest takie samo w każdym punkcie orbity Ziemi. Nie oznacza to jednak, że liczba meteorów sporadycznych, jakie można dostrzec w ciągu godziny, jest stała w ciągu nocy.

Dzięki temu, że Ziemia krąży wokół Słońca z prędkością 30 km/s, obserwator znajdujący się w punkcie A (patrz rysunek) zobaczy więcej meteorów niż obserwator w punkcie B. Jest tak, ponieważ Ziemia "ucieka" od meteorów po stronie obserwatora B i "dogania" meteory po stronie obserwatora A. Ze wzrostem prędkości Ziemi różnica liczby meteorów w A i B będzie stawała się coraz wyraźniejsza. W A i B zaobserwowano by jednakowe liczby meteorów sporadycznych tylko wtedy, gdyby Ziemia spoczywała nieruchomo w przestrzeni międzyplanetarnej. Zauważmy jeszcze, że w punkcie A właśnie świta, podczas gdy w punkcie B zapada noc.

Aby stwierdzić, że Ziemia porusza się w przestrzeni i oszacować prędkość jej ruchu, wystarczy zatem policzyć meteory pozarojowe widoczne wieczorem i porównać ich liczbę z liczbą meteorów widocznych rankiem. Takie obserwacje są najprostszym potwierdzeniem kopernikańskiego modelu Układu Słonecznego.

Autor był astronomem-amatorem. Obecnie pracuje w Obserwatorium Astronomicznym na Suhorze w Gorcach, które należy do Krakowskiej Wyższej Szkoły Pedagogicznej oraz w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie.