Im Juni 1889, ungefähr ein Jahr vor seinem frühen Tod, wurde der brillante niederländische Postimpressionist Vincent Van Gogh wütend fertiggestellt Die Sternreiche Nacht während Ihres Aufenthalts im Kloster Saint-Paul de Mausole, einer Irrenanstalt in Südfrankreich. Das Gemälde zeigt ein bescheidenes Dorf zwischen der blauen Ruhe hügeliger Hügel und einem magischen Himmel voller kometenförmiger Wolken und Wagenstern von der Größe von Riesenrädern. Obwohl Van Gogh zu Lebzeiten nur ein Gemälde verkaufte, ist dieses unschätzbare Kunstwerk zu einer Ikone geworden. Darin hielt er ein kindliches Wunder fest, das Erwachsene erkennen können, wer nicht draußen gestanden hat und von funkelnden Sternen beeinflusst wurde, die über ihm feierten. Schöne Weltraumbilder können bei astronomischen Enthusiasten eine ähnliche Aufregung hervorrufen. Die Fotografen, die sie produzieren, interessieren sich jedoch mehr für die Sterne, wenn sie friedlich sind.
Die Sternreiche Nacht (1889) war nicht das einzige Gemälde, das Van Gogh schuf und das Nachtfeste darstellt. Tatsächlich war diese Leinwand nicht sein Favorit, weil sie nicht so realistisch war, wie er es sich ursprünglich vorgestellt hatte. Zum Beispiel produzierte er ein Jahr zuvor Die Sternennacht über der Rhone (1888) und Cafe Terrasse bei Nacht (1888). Beide haben gemeinsame Elemente, aber jedes ist auch einzigartig - die früheren Versionen enthalten Menschen, und die Sterne spielen beispielsweise eine geringere Rolle. Trotzdem haben alle drei Werke Millionen fasziniert, und jeden Tag drängen sich Hunderte von Kunstliebhabern in ihren jeweiligen Museen um sie und interpretieren sich selbst und andere, die zuhören, persönlich.
Interessanterweise kann das, was unvergessliche Kunst ausmacht, auch zu unvergesslichen astronomischen Bildern führen. Insbesondere das schillernde Feuerwerk in jedem Gemälde von Van Gogh repräsentiert Sterne, die schimmern und funkeln.
Wir leben am Boden eines Ozeans von Gasen, die hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Argon (1%) sowie einer Vielzahl anderer Komponenten bestehen, darunter Wasser (0 - 7%) und Treibhausgase oder Ozon (0 - 0,01%) und Kohlendioxid (0,01 - 0,1%). Es erstreckt sich von der Erdoberfläche nach oben bis zu einer Höhe von etwa 560 Meilen. Von der Erdumlaufbahn aus gesehen erscheint unsere Atmosphäre als sanftes blaues Leuchten direkt über dem Horizont unseres Planeten. Alles, was wir beobachten, was jenseits unseres Planeten existiert - Sonne, Mond, nahegelegene Planeten, Sterne und alles andere -, wird durch dieses dazwischenliegende Medium betrachtet, das wir Atmosphäre nennen.
Es ist ständig in Bewegung und verändert Dichte und Zusammensetzung. Die Dichte der Atmosphäre nimmt zu, wenn sie sich der Erdoberfläche nähert, obwohl dies überhaupt nicht einheitlich ist. Es wirkt auch wie ein Prisma, wenn Licht durchgeht. Zum Beispiel werden Lichtstrahlen gekrümmt, wenn sie durch Bereiche unterschiedlicher Temperatur gehen und sich in Richtung der kälteren Luft biegen, weil sie dichter ist. Da warme Luft aufsteigt und kühlere Luft abfällt, bleibt die Luft turbulent und somit ändern Lichtstrahlen aus dem Weltraum ständig die Richtung. Wir sehen diese Veränderungen als funkelndes Sternchen.
Näher am Boden können kühlere oder wärmere Winde, die horizontal wehen, auch schnelle Änderungen der Luftdichte hervorrufen, die den Weg des Lichts zufällig verändern. Winde aus den vier Ecken tragen also auch zum Wackeln der Sterne bei. Die Luft kann aber auch dazu führen, dass die Sterne den Fokus schnell verschieben, wodurch sie plötzlich dunkler werden, aufhellen oder ihre Farbe ändern. Dieser Effekt wird als Szintillation bezeichnet.
Interessanterweise kann die Luft in Bewegung sein, obwohl wir ihre Brise nicht spüren können - Windkräfte hoch über unseren Köpfen können auch dazu führen, dass die Sterne zittern. Zum Beispiel ändert der Jetstream, ein Band von relativ engen Globusströmen, die sich über sechs bis neun Meilen in der Höhe befinden, ständig seinen Standort. Es weht im Allgemeinen von West nach Ost, aber seine relative Nord-Süd-Position befindet sich in einem Zustand ständiger Überarbeitung. Dies kann zu sehr instabilen atmosphärischen Bedingungen führen, die am Boden nicht wahrgenommen werden können. Der Jetstream erzeugt jedoch einen Himmel voller Twinkler, wenn er über Ihren Standort fließt.
Da Planeten näher als Sterne sind, kann ihre Größe als Scheibe angesehen werden, die größer ist als die durch Windturbulenzen verursachte Brechungsverschiebung. Daher funkeln sie selten oder nur unter extremen Bedingungen. Zum Beispiel werden sowohl Sterne als auch Planeten durch viel dickere Schichten der Atmosphäre betrachtet, wenn sie sich in der Nähe des Horizonts befinden, als wenn sie sich über ihnen befinden. Daher schimmern und tanzen beide beim Auf- oder Untergehen, da ihr Licht durch viel dichtere Luftmengen geht. Ein ähnlicher Effekt tritt auf, wenn entfernte Lichter der Stadt betrachtet werden.
Das Funkeln, das wir in sternenklaren Nächten sehen, wird durch ein Teleskop hunderte Male vergrößert. Tatsächlich kann ein Funkeln die Wirksamkeit dieser Instrumente erheblich beeinträchtigen, da nur unscharfe, sich zufällig bewegende Lichtflecken beobachtet werden können. Beachten Sie, dass die meisten astronomischen Fotos erstellt werden, indem Sie den Kameraverschluss für Minuten oder Stunden offen halten. So wie Sie Ihr Motiv daran erinnern müssen, während der Aufnahme still zu stehen, möchten Astronomen, dass die Sterne bewegungslos bleiben, da sonst auch ihre Fotos verschmiert werden. Ein Grund, warum sich Observatorien auf Berggipfeln befinden, besteht darin, die Luftmenge zu reduzieren, durch die ihre Teleskope spähen müssen.
Astronomen bezeichnen den Effekt atmosphärischer Turbulenzen als Sehen. Sie können ihre Auswirkung auf ihre Sicht auf den Raum messen, indem sie den Durchmesser fotografischer Sterne berechnen. Wenn beispielsweise das Bild eines Sterns mit einer sofortigen Belichtung aufgenommen werden könnte, würde der Stern theoretisch als einzelner Lichtpunkt erscheinen, da bisher kein Teleskop die tatsächliche Scheibe eines Sterns auflösen kann. Für die Aufnahme von Sternbildern ist jedoch eine lange Belichtung erforderlich. Wenn der Verschluss der Kamera geöffnet ist, tanzt der Stern durch Funkeln und Szintillieren herum und bewegt sich unscharf und unscharf. Da seine Drehungen zufällig sind, neigt der Stern dazu, ein rundes Muster zu erzeugen, das auf allen Seiten seiner wahren Position in der Mitte symmetrisch ist.
Sie können dies selbst demonstrieren, wenn Sie einen Moment Zeit haben und neugierig sind. Wenn Sie beispielsweise einen Bleistift oder einen magischen Marker nehmen, der mit einer kurzen Schnur an einer Stecknadel befestigt ist, die in ein Stück Pappe oder sehr schweres Papier geklebt ist, drehen Sie das Schreibgerät, ohne die Stecknadel zu entfernen. Mit der Zeit würden Sie etwas schaffen, das sieht ungefähr wie ein Kreis aus. Ihr kreisförmiges Gekritzel wird resultieren, weil die Schnur Ihren maximalen Abstand vom zentralen Stift begrenzt. Je länger die Saite ist, desto größer ist der Kreis. Sterne verhalten sich so, wenn ihr Licht auf einem Langzeitbelichtungsfoto aufgezeichnet wird. Gutes Sehen erzeugt eine kurze optische Schnur (schlechtes Sehen verlängert die Schnur), die wahre Position des Sterns wird zu einem zentralen Stift und der Stern verhält sich wie ein Schreibgerät, dessen Licht Spuren auf dem Bildchip der Kamera hinterlässt. Je schlechter das Sehen und je mehr Tanzen während der Belichtung auftritt, desto größer ist die Scheibe, die auf dem endgültigen Bild erscheint.
Schlechtes Sehen führt also dazu, dass die Sterngröße auf Fotos größer erscheint als bei gutem Sehen. Das Sehen von Messungen wird als Halbmaximum in voller Breite oder bezeichnet FWHM. Es bezieht sich auf die bestmögliche Winkelauflösung, die ein optisches Instrument in einem Langzeitbelichtungsbild erzielen kann, und entspricht dem Durchmesser der Sterngröße. Das beste Sehen liefert einen FWHM-Durchmesser von ungefähr Punkt vier (0,4) Bogensekunden. Aber Sie müssten sich an einem Observatorium in großer Höhe oder auf einer kleinen Insel wie Hawaii oder La Palma befinden, um dies zu erreichen. Selbst diese Orte bieten nur selten diese Art von sehr qualitativ hochwertigem Sehen.
Amateurastronomen sind auch besorgt über das Sehen. In der Regel müssen Amateure Sehbedingungen tolerieren, die hunderte Male schlechter sind als die besten, die bei entfernten astronomischen Installationen beobachtet werden. Es ist, als würde man eine Erbse in den extremsten Fällen mit einem Baseball vergleichen. Aus diesem Grund haben Amateurfotografien des Himmels Sterne, deren Durchmesser viel größer ist als die von professionellen Observatorien, insbesondere wenn Hinterhofastronomen Teleskope mit langen Brennweiten verwenden. Es kann auch in nicht professionellen Weitfeldbildern mit kurzer Brennweite erkannt werden, wenn sie vergrößert oder mit einer Lupe untersucht werden.
Amateure können Maßnahmen ergreifen, um ihr Sehvermögen zu verbessern, indem sie den Temperaturunterschied zwischen lokalen Wärmequellen und der Luft über ihren Teleskopen beseitigen. Zum Beispiel bereiten Amateure ihre Instrumente oft kurz nach Sonnenuntergang draußen vor und lassen das Glas, den Kunststoff und das Metall in ihnen die gleiche Temperatur wie die Umgebungsluft erreichen. Neuere Studien haben auch gezeigt, dass viele Sehprobleme direkt über dem Primärspiegel des Teleskops beginnen. Es wurde gezeigt, dass ein konstanter, sanfter Luftstrom, der über den Primärspiegel strömt, das teleskopische Sehen signifikant verbessert. Das Verhindern, dass Körperwärme vor dem Teleskop aufsteigt, hilft auch, und das Aufstellen des Instruments an einem thermisch freundlichen Ort, beispielsweise auf einem offenen Grasfeld, kann zu überraschenden Ergebnissen führen. Offene Teleskope sind auch solchen mit Primärspiegeln am Boden eines Rohrs überlegen.
Professionelle Astronomen sehen auch Verbesserungsstrategien. Ihre Lösungen sind jedoch in der Regel extrem teuer und sprengen die Grenzen der modernen Technologie. Da die Atmosphäre beispielsweise unweigerlich ein schlechtes Sehvermögen erzeugt, ist es nicht mehr weit hergeholt, ein Teleskop darüber in der Erdumlaufbahn zu platzieren. Aus diesem Grund wurde das Hubble-Weltraumteleskop von Cape Canaveral an Bord des Space Shuttles gebaut und gestartet Herausforderer im April 1990. Obwohl der Primärspiegel nur einen Durchmesser von etwa 100 Zoll hat, erzeugt er schärfere Bilder als jedes auf der Erde befindliche Teleskop, unabhängig von seiner Größe. Tatsächlich sind die Hubble-Weltraumteleskopbilder der Maßstab, an dem alle anderen Teleskopbilder gemessen werden. Warum sind sie so scharf? Hubble-Bilder sind vom Sehen nicht betroffen.
Die Technologie hat sich seit Inbetriebnahme des Hubble-Weltraumteleskops erheblich verbessert. In den vergangenen Jahren seit ihrem Start hat die US-Regierung ihre Methode zur Schärfung der Sicht auf Spionagesatelliten, die die Erde im Auge behalten, deklassiert. Es heißt adaptive Optik und hat eine Revolution in der astronomischen Bildsprache ausgelöst.
Im Wesentlichen können die Auswirkungen des Sehens negiert werden, wenn Sie das Teleskop anstoßen oder seinen Fokus genau in die entgegengesetzte Richtung zu den durch die Atmosphäre verursachten Unangenehmen ändern. Dies erfordert Hochgeschwindigkeitscomputer, subtile Servomotoren und flexible Optiken. All dies wurde in den 90er Jahren möglich. Es gibt zwei grundlegende professionelle Strategien, um die Auswirkungen von Sehstörungen zu verringern. Einer verändert die Kurve des Primärspiegels und der andere bewegt den Lichtweg, der die Kamera erreicht. Beide verlassen sich auf die Überwachung eines Referenzsterns in der Nähe der Position, die der Astronom beobachtet, und auf die Feststellung, wie die Referenz durch das Sehen beeinflusst wird, können schnelle Computer und Servomotoren optische Änderungen am Hauptteleskop bewirken. Eine neue Generation großer Teleskope befindet sich im Entwurf oder in der Konstruktion, mit denen bodengestützte Instrumente Weltraumbilder aufnehmen können, die mit denen des Hubble-Teleskops konkurrieren.
Eine Methode besteht aus Hunderten kleiner mechanischer Kolben, die unter einem relativ dünnen Primärspiegel positioniert und über die Rückseite verteilt sind. Jede Kolbenstange drückt die Rückseite des Spiegels so leicht, dass sich ihre Form so weit ändert, dass der beobachtete Stern wieder in den Totpunkt und in perfektem Fokus gebracht wird. Der andere Ansatz, der bei professionellen Teleskopen verwendet wird, ist etwas weniger kompliziert. Es wird ein kleiner flexibler Spiegel oder eine kleine Linse in der Nähe der Kamera eingeführt, wo der Lichtkegel relativ klein und konzentriert ist. Durch Kippen oder Kippen des kleinen Spiegels oder der Linse im entgegengesetzten Einklang mit dem Funkeln des Referenzsterns können Sehprobleme beseitigt werden. Die optischen Anpassungen, die eine der beiden Lösungen initiiert, werden während der gesamten Beobachtungssitzung ständig vorgenommen, und jede Änderung erfolgt in Bruchteilen von Sekunden. Aufgrund des Erfolgs dieser Technologien werden jetzt enorme landgestützte Teleskope als möglich angesehen. Astronomen und Ingenieure stellen sich Teleskope mit Lichtsammelflächen vor, die so groß sind wie Fußballfelder!
Interessanterweise haben Amateurastronomen auch Zugang zu einfachen adaptiven Optiken. Ein Unternehmen mit Hauptsitz in Santa Barbara, Kalifornien, war Vorreiter bei der Entwicklung einer Einheit, die die Auswirkungen von Sehstörungen oder falsch ausgerichteten Teleskophalterungen verringern kann. Die adaptiven Optikgeräte des Unternehmens arbeiten mit seinen astronomischen Kameras zusammen und verwenden einen kleinen Spiegel oder eine kleine Linse, um das Licht, das den Bildchip erreicht, zu verschieben.
Der Astronom Frank Barnes III. War auch besorgt darüber, wann er dieses beeindruckende Bild eines Sternhaufens und Nebels im Sternbild Cassiopeia produzierte. Es ist ein kleiner Teil des Seelennebels, der in J.L.E. als IC 1848 bezeichnet wurde. Dreyers wegweisender zweiter Indexkatalog (IC) (veröffentlicht 1908 als Ergänzung zu seinen ursprünglichen Zusammenstellungen von New General und First Index).
Frank berichtete, dass sein Sehen günstig war und Sterngrößen mit einer FWHM zwischen 1,7 und 2,3 Zoll über jede seiner einunddreißig 30-minütigen Belichtungen produzierte. Beachten Sie die Größe der Sterne in diesem Bild - sie sind sehr klein und dicht. Dies ist eine Bestätigung für einigermaßen gutes Sehen!
Die Farben in diesem Bild sind übrigens künstlich. Wie viele Astronomen, die von lokaler nächtlicher Lichtverschmutzung geplagt sind, hat Frank seine Bilder durch spezielle Filter belichtet, die nur zulassen, dass das von bestimmten Elementen emittierte Licht den Detektor seiner Kamera erreicht. In diesem Beispiel steht Rot für Natrium, Grün für Wasserstoff und Blau für Sauerstoff. Kurz gesagt, dieses Bild zeigt nicht nur, wie diese Region im Weltraum aussieht, sondern woraus sie besteht.
Es ist auch bemerkenswert, dass Frank dieses bemerkenswerte Bild zwischen dem 2. und 4. Oktober 2006 mit einer astronomischen 6,3-Megapixel-Kamera und einem 16-Zoll-Ritchey-Chretien-Teleskop aufgenommen hat.
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Geschrieben von R. Jay GaBany
