praktická astronomie vliv atmosféry Země na pozorování plánování pozorování ozorování „na dálku" - elmg záření - hmota ■ neutrina ■ elektrony ■ jádra atomů eteori tygra vitační vlny pozorování „in situ" (na místě samém) precese nutace aberace paralaxa vlastní pohyb é vlivy objev precese je přisuzován Hipparchovi, její kvantitativní určení však bylo nepresné ■ dnešní hodnota je cca 50,2567rok, čili 1° za 72 let ■ fyzikální vysvětlení podal až Newton a jeho gravitační zákon ■ Země - velký setrvačník, na který působí rušivé síly (gravitační působení Slunce a Měsíce), osa rotace pak vykonáva po plášti kužele pohyb, který závisí na momentu setrvačnosti a velikosti rušivých sil, tzv. precesní pohyb ■ WUĚ^ ■ vliv působení gravitace Měsíce - tzv. nutace, což je „zvlněnT precesního pohybu s periodou 19 let, perioda precese je zhruba 26 000 let ■ důsledkem je také posun jarního a podzimního bodu, resp. změna ^Q^ffi|fflffi^ečnice roviny světového rovníku a roviny ekliptiky v prostoru ^^^^^^^^^^ ■ pro změny polohy jarního bodu určujeme: 1. precese lun/solární 2. precese planetární 3. celková precese precese a nutao P Claris (today) T- 'jp Vega (1 4,000 CE) .x::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x:: .::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x:: .■::■::-::-::■::-::-::■::■::-::-::■::-::-::■::-::-::■::■::-::-::■::-::-: .x::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x:: .::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x::x:: jCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX, The Earth's rotation axis precesses (wobbles) with a period of £6,000 years. The path of the precession of the Earth's rotation axis. It takes 26,000 years to complete a full 360° wobble. kvantitativné: - 1. P|S = 50,3717ro ^p- 2. ppi =- 0,125"/rok a zmenšuje sklon ekliptiky o 0,47"/rok - 3. celková precese p = p,s - pp, cos s, kde s je sklon ekliptiky celková precese - v deklinaci - v rektascenzi m n = Pp| sin s = = Ppi coss - Pp, : 20,0477rok = 46,0857rok e bude: oční změna polohy hvězdy důsledke A a/rok = m + n tg ô sin a A ô/rok = n cos a pro přesná měření je nutno uvážit i sekulární variace e a p uta nutace ■= rovina měsíční dráhy svírá s ekliptikou úhel 5°, gravitační vliv Slunce způsobuje precesní pohyb této roviny s periodou 18,6 let, skutečný pól pak opisuje vlivem precese a nutace jakousi vlnovku polohy hvězd: ^^kutečně pozorované - oprava o denní aberaci + refrakce ■ pravá /77/í^^^^jjDj|yy||^^,roční aberaci ^^Srední místa - pravá místa + oprava o nutaci a precesi, vztaženo k jistému datu , tzv. ekvinokciu (např. J2000.0). i The Aberration of Light Real direction of light Apparent direction of light Earth (Spring) je důsledkem konečn rychlosti světla jistou analogií je např. vhození tenisového míčku do otevřeného okna stojícího automobilu a automobilu, který se pohybuje určitou rychlostí nebo směr, ve kterém S držíme deštník za deště pokud stojíme a směr, pokud se dáme do pohybu „uhel odklonenr, a, je závislý pouze na rychlosti pohybu micku a auta nebo chodce a deště, obdobně to platí pro pozorovatele stojícího na pohybující se Zemi a zářeni, které k nám přichází od _ hvězdy_ -— ■ apex - je okamžitý směr, ve kterém se Země pohybuje, velikost rychlosti - cca 30 km/s. ■ aby se tedy hvězda dostala do středu zorného pole dalekohledu, je nutno jej sklonit k apexu o úhel a, jež je závislý na: - rychlosti Země v - rychlosti světla c - úhlu p, což je úhlová vzdálenost hvězdy od apexu ■ maximum nastane pro p = 90°, protože tg a = (v/c) . sin p umericky pak v/c = 104 a pak a = 20,47" . sin p, kde 20,47" je maximální hodnota aberace _ tuto tzv. roční aberaci objevil Bradley (1727) při snaze změřit paralaxu ■ rotace Země kolem své osy má za následefflenniaberaci, jež ■ dosahuje maximální hodnoty pro pozorovatele na rovníku (asi 0,3") ■ změnu polohy objektu vyvolanou změnou polohy pozorovatele v prostoru (v důsledku oběhu Zeme kolem Slunce) nazýváme roční paralaxa vlastní pohyby bývá označován řeckým písmenem pohyb hvězdy lze popsat 3 veličinami: radiální rychlost vr je určována z velikosti Dopplerova posuvu - změna polohy hvězdy na obloze v rovině kolmé na spojnici hvězdy a pozorovatele, v úhlových vteřinách za rok nebo za století - poziční úhel směru pohybu katalogy - rozklad na vlastní pohyb v rektascenzi a vlastní pohyb v deklinaci vlastní pohyb zahrnuje i pohyb Slunce v prostoru vloučíme-li z vlastního pohybu složku způsobenou pohybem Země olem Slunce (paralaktický pohyb), dostaneme skutečný pohyb hvě (pekuliární pohyb) ^^^^^^^^^^j——p^p^^^y^^ největší vlastní pohyb má^mmfouvmwezaa, 10,36" za rok, na obloze se tak posune za dvě století o měsíční průměr iohvb Barnardovv šipky iphvb 61 Cyq vliv atmosféry Země na pozorování atmosférická „okna" refrakce atmosférická extinkc scintilace seeing pokud pomineme, že nám umožňuje dýchat a chrání naši DNA, pak odpověď zní: „Ano!" způsobuje hned několik problémů, které mají docela odlišný „původ": - malá „okna", většina elmg záření neprojde - turbulence způsobuje „seeing" a „scintilaci", obraz je osTencKa extmKce aDsoroce + - působí jako optický prvek - atmosférická refrakce a" K'rm X-ray —I— UV Visible -1-r Infrared —I-1-1-r Infrared Microwave Visible •Window" w,ndows Windows rthö mi;iri 0.01 mm 1 mm Wavelength (X) Radio -1- Radio Window Completely Transparent wi in 10 cm 10m Ozo-ne and Molecular Oxygen lom světla na rozhraní dvou prostředí - důležitý jev pro veškerá astronomická pozorování prováděná ze zemského povrchu platí známý vztah: (sin aj sin a2) = (n2/n1), kde «i a «2 Jsou úhly v prostředí 1 a 2 a r^ a n2 príslušne indexy lomu pro průchod atmosférou platí, že na ni lze pohlížet jako na vícevrstevné prostředí, kd ždém přechodu dochází k lámání světla ke kolmici)^ protože hustota atmosféry směrem k povrchu Země roste, jev se nazývá astronomická refrakce EJstronorrjJckEj rsrrakce maximální vliv je u obzoru, minimálně se projeviv zenitu, pokud označíme pozorovanou zenitovou vzdálenost objektu z, pak skutečna je z0 = z + r, kde r je úhel refrakce platí sin (z+r) = n . sin z a pro malá r pal sin z . cos r + cos z sin r = n sin z navíc můžeme položit cos r = 1 a sin r = r čili pak r = (n-1) . tg z pro normální atmosférický tlak a T = 0° C je index lomu vzduchu n = 1J300 293 a pouhá náhoda dává shodu, že n - 1 = 0,000 293 je rovno Číselne 1' vyjádřené v radiánech, což umožňuje pro male úhl tg z = r v obloukových minutách, čili pro z = 45° je r = 1 refrakce uspíší východ a opozdí západ objektů o několik minut! nutno uvážit, že r = f(n) = f (A,), červené světlo je ovlivněno méně refrakce má vliv i na tvar slunečního nebo měsíčního kotouče při V nebo Z pro p = 1,013.10s Pa, 0 m n.m. a T = 0° C je to souhrnné označení pro snížení intenzity záření přicházejícího z vesmíru atmosférou Země -absorpce- destruktivní proces, foton je pohlcen atomem (molekulou), např. jeho energie excituje elektron do vyšší hladiny rozptyl- srážka fotonu s částicí atrnosférv^—^ následná změna směru pohybu fotonu a energie fotonu i částice, částicí může být molekula, prach ebo kapička vody Rayleighův r^ptyl je úměrný l~4«^pp0^Bi rozptyl na jeho závislost na vlnové délce závisí na distribuční funkci velikosti částic ^ ■ například Mieův rozptyl (na malých sférických částicích) je úměrný Ar1 tmosférická extinkce 1 0 -,: 500 600 700 800 wavelength [nm] Celková extinkce se dá rozdělit do dvou složek - Rayleighova rozptylu na molekulách, který je stálou vlastností atmosféry, a rozptylu na větších pevných a kapalných částicích (aerosolech), který je velmi proměnný; na obrázku je zachycena situace, která odpovídá měřením na 65cm dalekohledu Astronomického ústavu Ondrejov za poměrně kvalitních podmínek s vyšší průzračností atmosféry. Absorpce není brána v úvahu. tmosférická extinkce 1 1 h+dh h monochromatická extinkce absorbční koeficient na jednotku hmotnosti / / hustota atmosféry a rrrjQsrerjcka exíjnkce efinice pojmu „vzdušná hmota" -1 K(A,h)p(h)dh L(Á,h0) = L(Á,hí)e K y /. h+dh h / atmosférická exti Li po úpravách množství vzduchu ve sloupci rovnoběžném se světelným paprskem takto je definován pojem „vzdušná hmota", bezrozměrná veličina X = sec z - 0,0018167 (sec z -1) - 0,002875 (sec z -1)2 - 0,0008083 (sec z -1) atmosférická extinkce jak ji lze měřit? - měřením jasnosti jedné hvězdy neznámé hvězdné velikosti - měřením jasnosti více hvězd se známou hvězdnou velikostí "^"—^ - metoda „kouknu a vidím" robneisi oostu 11.0 ŠP > 1 11.2 11.4 instrumental magnitude out of atmosphere mout(V) k(V) m(V)=moia(V)+k(V).X ^ 11.6-" instrumental magnitude at zenith Extinkční koeficient je směrnicí přímky proložené závislostí instrumentální hvězdné velikosti objektu o konstantní mimoatmosférické jasnosti na optické hmotě. Atmosféra musí být homogenní a extinkce časově stálá. má dva špatné vlivy na bodový zdroj záření- 1. mění konvergenci nebo divergenci vlnoplochy a tak se zvyšuje nebo snižuje jasnost zdroje, tento" efekt označujeme jako scintilace náhodně mění lokální směr přicházejíc záření, výsledkem je náhodný pohyb obrazu tento vliv turbulence je seeing ... najdu si místo, kde se dobře kouká, kde není seeing a vítr do kopule nefouká ... vysokohorské Antarktida oběžná dráha adaptivní optika lánování pozorování, základní pravidla připravený není překvapený..." ování pozorování obnáší pokaždé troc ani pozorov; nu" činností, množinCf~činností, obecně se liší: - pozorování ve volném terénu (známý x neznámý) - pozorovatelna, hvězdárna (známá x neznámá) - získaný pozorovací čas na observatoři obecné informace (váží se k lokalitě pozorování) - typické povětrnostní pod - přístrojové vybavení - další zařízení a provozní zvyklosti JjTJ „... připravený není překvapený..." ■ informace, které souvisí s datem pozorování V a Z Slunce, časy soumraků - V a Z Měsíce, jeho fáze - hvězdný čas o půlnoci - JD o půlnoci informace, které souvisí s druhem pozorování a pozorovanými objekty (zde se příprava liší - pozorování pro radost, seminární práce, BP, DP, vědecký projekt.. - výběr objektů - časy jejich V a Z - vyhledávací mapky ^^^^^^ - efemeridy proměnných objektů - plán nočního pozorování (pořadí objektů) pár adres a PC progra Astro Lab -bííD://calskv.com http://aa.usno.navv.mil/data/ vyhledávací mapky http://std :u.stsci.e Kitt Peak National Observatory http://www.noao.edu/kono/ Mount John University Observatory, Lake Tekapo, New Zealand ttp://www.phvs.canterbury.ac.nz/research/astronomv/astronom) t iohn.html 01 cvičeni práce s dalekohledem rčení atmosférické extinkce sestavení „itineráře" nočního pozorování praktické rady rady přímo „od americké maminky' Jak se připravit na zimní pozorováni - podle časopisu Sky and Telescope Hluboká, modrá, zimní obloha, studené pozdní odpoledne - to vseje příslibem nádherného zimního pozorování klenotů z pokladnice Oriona, Blíženců, Vozky, Persea a Kasiopeji. Přesto však většina amatérů nevylézá ze svých teplých pelíšků a jejich mnohdy těžce nabyté přístroje zahálejí. Dokonce snad slyším hlasy, které říkají, že toto období je vhodné spíše pro čtení o astronomii než na její skutečné hledání v hlubinách vesmíru. Běhá vám při tomto pomyšlení mráz po zádech? Myslíte, že se opravdu musíte dívat na Orion se zmrzlými prsty na rukou i na nohou? Toho všeho se můžete samozřejmě vyvarovat. Ale musíte si před tím přečíst těchto pár řádků a dodržet několik dobře íněných rad CBMMBfflffiai uspesnos oblečte teplé vlněné spodky - nejiepe ne ponožky. Druhou podmínkou je neprodyšná vrstvami, které hned tak něco neprofoukne. triko a dva až tři svetry, ale tak, aby vám pří musíte chránit, jsou krk a hlava. Pokud je to pak přikryjte kapuci naší bund je rovní bunrl? pokrytí celého těla oblečením. Pod kalhoty ně i na ně si oblečte teplé vlněné - nejlépe péřová. Je tvořena několika Na horní část těla si oblékněte podvlékací iš nevadily v pohybu. Dalšími místy, která možné, použijte teplou šálu a čepici, které rady přímo „od americké maminky" Třetí podmínkou je ochrana končetin, nejvíce pak jejich konců, tzn. prstů. Velké množství tepla totiž utíká přes podrážky vašich bot. Musíte je proto velmi dobře izolovat. Boty by svou výškou měly také stačit k zakrytí ponožek a neměly by být příliš těsné. Tím se totiž vytlačuje krev z prstů a ty se začínají díky nedokonalé krevní výměně ochlazovat. Totéž platí pro ruce. Zde ale narážíme na problém, protože při pozorování manipulujete s okuláry, píšete tužkou, či listujete v atlase. Nabízejí se dvě možnosti: buď si vezmete jedny tenké rukavice a na nejedny hrubší, tzv. palčáky, anebo si pořiďte tzv. cyklistické rukavice, které mají ustřižené konce prstů a k nim samozřejmě ještě palčáky. Na ochranu tváře doporučuji použít masku podobnou masce závodníků — Formule 1. V noci sice budete působit dojmem teroristy, ale stojí to za to. Neberte si však masku bez otvoru pro ústa, protože při dýchání by se vám vodní pára obsažená ve vzduchu srážela na očích a na okuláru. Svůj čas strávený u dalekohledu si můžete také prodloužit vhodným jídlem a pitím. Důležité je udržovat stálou hladinu cukru v krvi, což vám pomůže udržet tělesnou teplotu. Můžete proto jíst třeba hroznový cukr, ale pozor - příliš mnoho cukru působí právě obráceně. rady přímo „od americké maminky" K pití je nejvhodnější horký mošt nebo jiný sladký nápoj. Káva dává jisté uspokojení, ale kofein v ní obsažený způsobuje zpomalování krevního oběhu a tím i únavu, ospalost a ochlazování organismu. Stejně talcpůsobí tabák a alkohol, který navíc způsobuje ztráty tepla kapilárními otvory v kůži. Pokud vás během pozorování začne bolet hlava, nebo vám není dobře, vězte, že je to důsledek dehydratace vašeho organismu. Způsobuje ji studený vzduch, který vdechujete. Jestliže voda opouští organismus, zpomaluje se opět krevní oběh a může dojít k omrzlinám prstů. Proto než odejdete ven pozorovat, dobře se napijte. Nepostradatelnou částí ochrany před zimou je neustálá svěžest, kterou se snažte udržovat i v "sibiřských podmínkách". Jestliže pocítíte chlad, začněte se pohybovat, skákat a dělat dřepy. Tím se vám opět zrychlí krevní oběh, prokrví prsty a rozhýbou klouby. Pořádným cvičením si můžete vytvořit zásobu tepla až na 6 dalších hodin pozorování! Není proto na škodu, když si před pozorováním trošku zacvičíte (ale pozor, na přílišnou únavu)! H^^HH^^^^^fll A ještě jedna rada pro motorizované astronomy. Pokud máte strach, že by se vám zimě nepodařilo nastartovat auto, až skončíte pozorování, nezoufejte. Jestliže oželíte trochu benzínu, nastartujte každou hodinu svůj vůz a nechte běžet motor 5-10 minut. To by mělo baterii udržet při životě. Pokud tedy splníte všechny podmínky, bude pro vás noční pozorování nezapomenutelným zážitkem a budete z něj mít nejen velkou radost a užitek, ale hlavně ten správný pocit.