Wstęp. Obserwacje Księżyca

Każdy z nas niejednokrotnie spoglądał w bezchmurną noc w rozgwieżdżone niebo. Niejednego taki widok zachwycił lub zmusił do zastanowienia nad ogromem wszechświata. Ale dopiero przy użyciu przyrządów optycznych jesteśmy w stanie dostrzec obiekty, które pokazują ogrom kosmosu. Jednocześnie możemy uświadomić sobie jakim pyłkiem jest nie tylko nasz Układ Słoneczny, ale cała galaktyka.

Podczas jednej z wycieczek do Obserwatorium Astronomicznego w Piwnicach pod Toruniem, usłyszeliśmy słowa, które mogłyby wydawać się dziwne. Otóż oprowadzający nas profesor astronomii, pokazując astrograf Drapera, sprowadzony w 1947 roku z College Observatory Uniwersytetu Harvarda powiedział: „oto najgenialniejszy wytwór ludzkich rąk”… Tak, tak – jednak nie należy się dziwić. To pokazuje pasję, z jaką astronomowie, wręcz do utraty wzroku badają niebo nad nami, usiłując zgłębić tajemnice wszechświata.

Czy do obserwacji astronomicznych potrzebne są skomplikowane przyrządy? Otóż nie. Wystarczy luneta lub nawet zwykła lornetka. Przez lornetkę dostrzeżemy kilkaset obiektów mgławicowych i ok. 100 000 gwiazd! To 50 razy więcej niż gołym okiem. Teleskop oczywiście daje większe możliwości, ale niebo przez lornetkę zachwyci niejednego. Dodajmy tutaj, że Mikołaj Kopernik nie znał teleskopu, lunety czy nawet lornetki. Do swoich genialnych odkryć doszedł prowadząc obserwacje gołym okiem.

W Liceum Ogólnokształcącym im. KEN w Przasnyszu odbywają się obserwacje nocnego nieba przy użyciu teleskopu systemu Newtona. Teleskop posiada średnicę obiektywu 200 mm, co pozwala zebrać ok. 600 razy więcej światła niż wynoszą możliwości ludzkiego oka. W praktyce oznacza to, że możliwe jest obserwowanie obiektów odległych o miliony lat świetlnych od Ziemi. Dla lepszego wyobrażenia możliwości obserwacyjnych, spójrzmy na takie zestawienie: potrafimy tym przyrządem dostrzec na Księżycu obiekty o średnicy 1,5 km! Dodajmy tutaj, że nasz naturalny satelita znajduje się w średniej odległości 380 tys. km od Ziemi. Przez lornetkę, niestety, nie dostrzeżemy tak małych obiektów. Choć wiele gór i kraterów oczywiście tak.

Nie popadajmy jednak w hurraoptymizm, aby nasze wyobrażenia o możliwościach „zobaczenia czegoś” nie okazały się zawodem. Zatem jeszcze kilka słów o tym, co możemy zobaczyć i…. na co nie należy liczyć! Po pierwsze: w Internecie możemy zobaczyć mnóstwo fotografii obiektów we wspaniałych barwach. To prawda, ale musimy zdawać sobie sprawę z tego, że przez teleskop nie ma możliwości obejrzenia tych obiektów z kolorach – wyjątkiem jest Słońce, Księżyc i planety. Wynika to ze sprawności ludzkiego oka, które czułe jest na barwy wyłącznie wówczas, gdy natężenie światła jest wystarczająco wysokie. Obiekty mgławicowe i galaktyki są tak odległe, że nawet po zebraniu ich światła obiektywem teleskopu czy lunety, będą widoczne w odcieniach szarości. Warto o tym wiedzieć przed rozpoczęciem obserwacji. Czyżby więc fotografie nie pokazywały prawdy? Otóż nie. Te obiekty rzeczywiście tak wyglądają. Po prostu klisza foto-graficzna czy matryca aparatu fotograficznego skupi podczas kilkuminutowej (w skrajnych przypadkach wielogodzinnej) ekspozycji tak dużo światła, że obiekt zobaczymy w barwach. Poprzez wizualne obserwacje nie ma takiej możliwości… Na szczęście obiekty Układu Słonecznego z racji niewielkich odległości będą widoczne w kolorach.

Po drugie: astronomia uczy pokory wobec natury. To nie jest tak, że nocą wychodzimy z domu, ustawiamy sprzęt obserwacyjny i mamy wszystko jak na dłoni! Warunek pierwszy: bezchmurne niebo. Warunki klimatyczne Polski, niestety, nie są tutaj sprzyjające. Wiele razy spotkania z uczniami nie dochodziły do skutku z powodu zachmurzenia. Warunek drugi: widoczność danego obiektu. Część obiektów widoczna jest w Polsce przez cały rok, jak np. galaktyki M 81 czy M 82. Inne, jak np. mgławica M 57 zobaczymy latem a wspaniałe Plejady (M 45) zimą. Co do obserwacji planet, to ich widoczność zależna jest od wzajemnego ich ułożenia na orbicie okołosłonecznej. Gdy planeta znajduje się zbyt blisko Słońca, obserwacja jest niemożliwa. Dwie planety wewnętrzne, czyli Merkurego i Wenus, możemy podziwiać na niebie wyłącznie albo tuż po zachodzie Słońca, lub tuż przed wschodem, co ogranicza możliwości obserwacyjne. Nawet Księżyc możemy obserwować tylko przez kilka dni w każdym miesiącu, czyli w okolicy pierwszej kwadry, kiedy warunki są najlepsze…. Oczywiście Księżyc wspaniale wygląda również podczas ostatniej kwadry, ale… chyba na takie obserwacje musielibyśmy umówić się z uczniami np. o godz. 2:00 w nocy…  Na szczęście pozostałe planety są możliwe do obserwacji w dowolnym momencie nocy – oczywiście jeśli są widoczne. Szczególnie obserwacje Jowisza i Saturna od momentu ich pojawienia się na niebie będą dostępne przez kilka miesięcy. Aby nagle nie pojawiło się rozczarowanie, dodajmy, że z powodzeniem można obserwować niebo podczas dnia. Dotyczy to oczywiście nie tylko Słońca, lecz również Księżyca, Wenus i czasami Jowisza.

Po trzecie: każde spotkanie z astronomią to spojrzenie w…. przeszłość! Nie jakąś wyimaginowaną. To realna przeszłość widoczna tu i teraz. Wynika to z dużych odległości i skończonej (choć i tak olbrzymiej) prędkości światła. Nawet patrząc na Księżyc nie widzimy go takim, jakim jest w danej chwili. Prędkość światła to niecałe 300 tys. km na sekundę. Łatwo więc policzyć, że Księżyca nie widzimy takim jakim jest, tylko takim, jakim był nieco ponad sekundę temu… Ktoś powie: to bez sensu, co znaczy jakaś tam sekunda. Ok., ale mówimy o naszym Księżycu, który w skali odległości we Wszechświecie jest pyłkiem  oddalonym od nas o niemal… 0! Ze Słońcem jest już troszkę inaczej. Światło potrzebuje ponad 8 minut aby do nas dotrzeć. Gdyby więc Słońce w danej chwili wybuchło (lepiej nie!), dowiemy  się o tym za  ok. 8 minut. Ciekawą sytuację mogliśmy ostatnio obserwować podczas lądowania łazika Curiosity na Marsie. Wszyscy oczekiwali na sygnał potwierdzający udane lądowanie. Łazikiem tym nie można było w momencie lądowania sterować z Ziemi, ponieważ ze względu na odległość do Marsa, sygnał docierał z kilkuminutowym opóźnieniem… Wreszcie sygnał dotarł do Ziemi i wszyscy wpadli w euforię. Jednak faktyczne lądowanie miało miejsce kilka minut wcześniej… To są jednak bardzo niewielkie odległości. Weźmy teraz za przykład najbliższą nam gwiazdę. Nie licząc Słońca jest nią Proxima Centauri. Światło potrzebuje 4 lata oby pokonać odległość do Ziemi. Wyobraźmy sobie, że w pobliżu tej gwiazdy są istoty z którymi chcemy porozmawiać. Na nasze „dzień dobry” musza oni poczekać 4 lata… Tak długo biegną fale radiowe, które rozchodzą się z prędkością światła. Ich „dzień dobry” będzie podążać w naszą stronę kolejne 4 lata, zatem na ich odpowiedź musimy czekać aż 8 lat!!! Wynika z tego zestawienia, że wszelka komunikacja z takimi istotami byłaby niemożliwa!
Z dala od miejskich świateł możemy zobaczyć gołym okiem Wielką Galaktykę Andromedy. Znajduje się ona od nas w odległości ok. 2,5 mln świetlnych. Oznacza to, że widzimy ją taką, jaka była 2,5 mln lat temu, czyli przed rozpoczęciem epoki zlodowaceń czwartorzędowych… Dość powiedzieć, że najdalsze obserwowane obiekty odległe są o … 13 mld (tak, miliardów!!!) lat świetlnych. A Ziemia liczy sobie 4,6 miliarda lat… Oznacza to, że tak odległe obiekty widzimy takimi, jakimi były na ponad 8 mld lat przed powstaniem Ziemi… Najprawdopodobniej one od miliardów lat nie istnieją, ale ich światło nadal pędzi na wszystkie strony Wszechświata.

Przejdźmy teraz do opisu obiektów, które możemy obejrzeć na naszych spotkaniach.

Obserwacje Księżyca

Na początek największa atrakcja, czyli obserwacje Księżyca. Większość osób sądzi, że najlepszy okres na obserwacje to pełnia. To błąd – jest to jeden z najgorszych momentów (poza nowiem oczywiście) na takie obserwacje. Tarcza naszego naturalnego satelity jest wtedy oświetlana przez Słońce w taki sposób, że nie widać cieni gór i kraterów. Oznacza to niemal zupełny brak kontrastu. Natomiast podczas pierwszej lub ostatniej kwadry, zwłaszcza w pobliżu terminatora, cienie ujawniają wspaniałą rzeźbę powierzchni Księżyca. Tego nie da się opisać – to trzeba zobaczyć! Wyjaśnijmy tutaj, że słowo „terminator” w astronomii, oznacza linię oddzielającą strefę oświetloną od nieoświetlonej. Właśnie w pobliżu tej linii jest największy kontrast, co pozwala na dostrzeżenie największej liczby obiektów. Ukazują to poniższe fotografie:

Fot. 1. Księżyc podczas I kwadry (Adam Skrzypek)

Przy zastosowaniu większego powiększenia, tarcza Księżyca zaczyna ujawniać coraz więcej szczegółów. Pokazuje to poniższa fotografia:

 

 Fot.2. Księżyc podczas I kwadry (Marek Rozicki)

W przypadku obserwacji Księżyca obiektyw teleskopu zbiera tak dużą ilość światła, że podczas obserwacji stosujemy filtry, które redukują tę ilość. Ponadto można zastosować filtr neutralny dla barw (szary) lub filtry kolorowe, które pozwalają na zwiększenie kontrastu a przez to poprawę widoczności niektórych obiektów. Tak duża ilość światła pozwala też na stosowa-nie bardzo dużych powiększeń bez starty jakości obrazu. To już niemal spacer po powierzchni Księżyca. Wystarczy popatrzeć na poniższe fotografie:

 

Fot. 3. Kratery na widocznej stronie Księżyca (Michał Kostrz)

W dużych powiększeniach można zauważyć wspaniałą Zatokę Tęczy, czyli Sinus Iridium. Jest to fragment Morza Deszczów w północnej części tarczy Księżyca. Pamiętajmy, że księżycowe morza nie mają nic wspólnego z morzami ziemskimi. To po prostu rozległe równiny pokryte zastygłą bazaltową lawą. Zatoka Tęczy ma 236 km średnicy.

 

Fot.4. Sinus Iridium na Księżycu (Michał Kostrz)

Wspaniale prezentują się zbliżenia księżycowych kraterów. Nasz satelita ze względu na małą masę niemal zupełnie nie posiada atmosfery. Stąd nawet niewielkie odłamki materii międzyplanetarnej uderzają w jego powierzchnię z dużą prędkością. Skutkami takiego uderzenia są mniejsze i większe kratery.

 

Fot.5. Krater Archimedes na Księżycu (Michał Kostrz)