Afbeelding tegoed: Jason Ware
Amateurastronomie is niet voor iedereen. Maar in tegenstelling tot andere interesses zou het kunnen! Er is tenslotte genoeg lucht om rond te gaan. En genieten van de lucht kost niet veel. Om te beginnen alleen de kracht van het menselijk zicht en het vermogen om 'omhoog te blijven kijken'.
Het waarderen van de nachtelijke hemel en zijn talrijke bewoners lijkt op het genieten van een geweldig kunstwerk. Iedereen die een schilderij van Van Gogh vasthoudt, een standbeeld van Roden, een sonate van Beethoven, een toneelstuk van Shakespeare of een gedicht van Tennyson, kan zeker een sterrenbeeld waarderen dat door de beeldhouwende hand van de natuur is gemaakt. Dus zoals zulke geweldige kunstwerken, kan een fijne waardering van de nachtelijke hemel worden gecultiveerd. Maar in tegenstelling tot dergelijke werken, is er iets veel primordialers en onmiddellijk suggestiefs aan de hemel - iets dat elke behoefte aan diepgaande studie of inculturatie door anderen tart.
Het is waar dat sommige ingenieuze apparaten (zoals het kwadrant) al vroeg in de geschiedenis van de astronomie werden ontwikkeld, maar pas in de tijd van Galileo (het begin van de 17e eeuw) begonnen astronomen het universum in detail te onderzoeken. Voor die tijd legde het menselijk oog zulke beperkingen op wat kon worden gezien dat alles wat we van de hemel wisten, beperkt was tot twee grote heldere lichamen (zon en maan), talrijke zwakke lichten (de vaste sterren en zeldzame novae) en een tussenliggend groep (de planeten en af en toe kometen). Met instrumenten zoals het kwadrant (voor positie) en waterklok (voor tijd) werd het mogelijk om de bewegingen van al dergelijke lichamen te voorspellen. En het was voorspelling - niet begrijpen - die observatie dreef met alleen het menselijk oog.
Uiteindelijk was het de telescoop die ontdekking - en niet de meting - de drijvende kracht achter de wetenschap van de astronomie maakte. Want zonder de telescoop zou het heelal een veel kleinere plaats zijn en veel, veel minder bevolkt zijn. Bedenk dat op 2,3 miljoen lichtjaar het verste hemellichaam dat zonder hulp zichtbaar is - de Grote Melkweg van Andromeda - nooit zo genoemd zou kunnen zijn. In feite heeft het misschien niet eens zijn oudere naam gekregen: The Great Nebula in Andromeda. Voor het eerst opgemerkt in de 10e-eeuwse tekst "Boek van vaste sterren", Abd-al-Rahman Al Sufi met scherpe ogen beschreef de Grote Melkweg als "een kleine wolk". En dat - zonder de telescoop - is alles wat we hiervan zouden hebben gezien:
Door de telescoop weten we nu veel meer over zon, maan, planeten, kometen en sterren dan alleen waar ze zich in de lucht zouden kunnen bevinden. We begrijpen dat onze zon een nabije ster is en dat onze aarde, de planeten en die onheilspellende voorgangers - de kometen - allemaal deel uitmaken van een zonnestelsel. We hebben andere dergelijke stelsystemen ontdekt dan die van onszelf. We weten dat we in een sterrenstelsel leven dat - op een afstand van twee miljoen lichtjaar - veel op M31 zou lijken -1. We hebben vastgesteld dat onze melkweg en M31 over enkele miljarden jaren spiraalarmen zullen omarmen. En we erkennen dat het heelal buitengewoon is in zijn uitgestrektheid, diversiteit, schoonheid en harmonie van onderlinge verbondenheid.
We weten dit allemaal omdat we de telescoop bezitten - en soortgelijke instrumenten - die de diepten van de kosmos kunnen laten klinken over talloze octaven van spectrale levendigheid.
Maar het begint allemaal met het menselijk oog ...
De werking van het menselijk oog is gebaseerd op drie van de vier belangrijkste eigenschappen van licht. Licht kan worden gebroken, gereflecteerd, afgebogen of geabsorbeerd. Licht komt het oog binnen als parallelle stralen van de afstand. Omdat het een beperkt diafragma heeft, kan het oog slechts een zeer klein deel van de stralen van één ding opvangen. Dat verzamelgebied - ongeveer 38 vierkante millimeter (volledig verwijd en donker aangepast), stelt het oog in staat om sterren tot ongeveer magnitude 6 normaal te zien. Oude astronomen - vrij van de effecten van moderne bronnen van atmosferische verlichting (lichtvervuiling) - waren in staat om ongeveer 6000 individuele sterren te catalogiseren (met een besprenkeling van andere objecten). De zwakste hiervan werden geclassificeerd als de "zesde magnitude" en de helderste van de "eerste".
Maar het oog wordt ook beperkt door het principe van diffractie. Dit principe voorkomt dat we buitengewoon fijne details zien. Omdat het oog een beperkt diafragma heeft, beginnen parallelle lichtbundels zich te “verspreiden” of zich voort te planten nadat ze de iris zijn binnengekomen. Een dergelijke diffusie betekent dat fotonen - ondanks het gebruik van breking om te focussen - maar zo dicht bij elkaar kunnen komen. Om deze reden is er een ultieme limiet aan hoeveel detail door een diafragma kan worden gezien - en dat geldt ook voor het oog zelf.
Het oog maakt natuurlijk gebruik van het brekingsprincipe om lichtbundels te organiseren. Fotonen komen het hoornvlies binnen, buigen en gaan naar de lens erachter. (Het hoornvlies doet het grootste deel van de scherpstelling en laat ongeveer een derde tot aan de lens over.) De lens past zelf de straalhoeken aan om dingen - dichtbij of veraf - scherp te stellen. Het doet dit door de kromtestraal te veranderen. Op deze manier kunnen parallelle stralen van een afstand of divergerende stralen van dichtbij een beeld projecteren op het netvlies waar kleine neuronen lichtenergie omzetten in signalen voor interpretatie door de hersenen. En het zijn de hersenen - voornamelijk de achterhoofdskwabben aan de achterkant van het hoofd - die de "beeldverwerking" doen die nodig is om coherentie te geven aan die gestage stroom van neurale signalen die uit het oog komen.
Om licht te detecteren, gebruikt het netvlies het absorptieprincipe. Fotonen zorgen ervoor dat sensorische neuronen depolariseren. Depolarisatie projecteert chemo-elektrische signalen van axonen naar dendrieten dieper in de hersenen. Retinale neuronen kunnen staafvormig of conisch zijn. Staven detecteren licht van elke kleur en zijn gevoeliger voor licht dan kegels. Kegels detecteren alleen specifieke kleuren en worden in grotere concentratie langs de hoofdas van het oog gevonden. Ondertussen domineren staven off-axis. Het afgewende oog kan sterren ongeveer twee en een half keer zwakker zien dan de sterren die direct worden vastgehouden.
Naast afkeer gaan neurale signalen van het netvlies (via de optische chiasme) worden eerst verwerkt door de superieure collicus. De collicus geeft ons onze visuele 'flinch'-respons - maar belangrijker nog - hij filtert minder het gezichtsveld dan de achterhoofdskwabben. Hierdoor kan de collicus nog zwakkere lichtbronnen detecteren - maar alleen in schijnbare beweging. Zo kan de veeleisende waarnemer vage sterren - en vaag gloeiende objecten - detecteren die ongeveer 4 keer zwakker zijn dan die welke worden gezien door gewone "rechttoe rechtaan" kijkers. (Dit wordt gedaan door het oog over de nachtelijke hemel te vegen - of over het gezichtsveld van de telescoop.)
Naast afkeer en oogbewegingen, verhogen de ogen de gevoeligheid door zich aan te passen aan omstandigheden met weinig licht. Dit wordt op twee manieren gedaan: Ten eerste trekken fijne spieren de iris (tussen hoornvlies en lens) in om zoveel mogelijk licht toe te laten. Ten tweede krijgt "visueel paars" (rodopsine) op retinale staven binnen ongeveer 30 minuten na blootstelling aan duisternis een doorlatende rozerode kleur. Deze verandering verhoogt de gevoeligheid van staven tot het punt waar zelfs een enkel foton van zichtbaar licht kan worden gedetecteerd.
Afgezien van de beperkingen die door diffractie worden opgelegd, is er een tweede natuurlijke limiet aan hoeveel detail door het oog kan worden gezien. Neuronen kunnen namelijk maar zo klein worden gemaakt en alleen zo dicht bij elkaar worden geplaatst. Ondertussen kan het oog bij een brandpuntsafstand van ongeveer 25 mm alleen '1x' zien. Voeg dit toe aan het feit dat de grootste opening die door het oog wordt bereikt (de ingangspupil) 7 mm is en dat menselijke ogen het effectieve equivalent worden van een paar “1x7 mm” verrekijkers.
Al deze factoren beperken het oog - zelfs onder de beste observatieomstandigheden (zoals het vacuüm van de ruimte) - tot het zien van sterren (met direct zicht) van de achtste magnitude (1500 keer zwakker dan de helderste sterren) en het oplossen van hechte paren tot ongeveer 2 boog -minuten hoekscheiding (1/15 van de schijnbare grootte van de maan).
Observationele astronomie begint met de ogen. Maar nieuwe instrumentatie is ontstaan omdat sommige ogen moeite hebben met het scherpstellen van licht. Vanwege menselijke bijziendheid en vooruitziendheid werden de eerste brillenglazen geslepen. En het was slechts een kwestie van experimenteren voordat iemand een van elk type lens samenvoegde om de eerste telescoop of "instrument van langzien" te vormen.
De astronomen van vandaag zijn in staat de capaciteit van het menselijk oog te vergroten tot het punt waarop we bijna terug kunnen kijken naar het begin van de tijd zelf. Dit wordt gedaan door het gebruik van chemische en solid-state principes die zijn belichaamd in fotografie en ladingsgekoppelde apparaten (CCD's). Dergelijke hulpmiddelen kunnen fotonen verzamelen op een manier die het oog niet kan. Als resultaat van deze 'visuele hulpmiddelen' hebben we dingen ontdekt die ooit ondenkbaar waren over het universum. Veel van deze ontdekkingen waren ons onbekend - zelfs pas in het begin van het tijdperk van de Grote Observatoria (het begin van de twintigste eeuw). De astronomie van vandaag heeft het bereik van de kosmische visie uitgebreid over tal van banden van het elektromagnetische spectrum - van radio tot röntgenstralen. Maar we doen veel meer dan alleen dingen vinden en posities meten. We proberen meer te begrijpen dan licht - maar ook begrip ...
De hedendaagse amateurastronomen - zoals de auteur - gebruiken hand- en in massa geproduceerde telescopen uit alle delen van de wereld om miljarden lichtjaren in de diepten van het heelal te turen.-2 Dit type langzien is mogelijk omdat het oog en de telescoop kunnen samenwerken om 'meer en fijner licht' van bovenaf te verzamelen.
Hoe ver kun je zien?
-1Volgens NASA zou het Melkwegstelsel heel erg lijken op 15,3 MLY verafgelegen spiraalvormige M83 in het sterrenbeeld Hydra (zoals rechts te zien). Een mens in de ruimte zou het heldere centrale deel van dit sterrenstelsel van 8,3 magnitude gewoon kunnen vasthouden als een "fuzzy star" met behulp van een afgewend gezichtsvermogen. M83 is gemakkelijk te vinden met een verrekijker met laag vermogen van de aarde.
-2Met een variabele visuele magnitude van 12,8 kan 2 miljard lichtjaar verre quasar 3C273 gewoon direct door het menselijk oog worden vastgehouden, aangevuld met een 15 cm / 150 mm diafragmatelescoop bij 150x door nachtelijke luchten van 5,5 zonder hulp limiet en 7 / 10p zien van stabiliteit. Een verrekijker van 10x50 mm zou 3C273 onthullen als een zwakke ster uit een baan om de aarde.
Geïnspireerd door het meesterwerk van begin 1900: 'De lucht door drie-, vier- en vijf-inch-telescopen', kreeg Jeff op zevenjarige leeftijd een start in de astronomie en de ruimtevaartwetenschap. Momenteel besteedt hij veel tijd aan het onderhouden van de website Astro.Geekjoy.
