AstronomieAntwoorden: AstronomieAntwoordenBoek: Instrumenten
AstronomieAntwoordenBoek: Instrumenten
1. Kunstmanen ... 2. Kunstmanen zien kleuren ... 3. Hoeveel kunstmanen zijn er in de ruimte? ... 4. Weersatellietfoto's ... 5. Interferometrie ... 6. Grote Telescopen ... 7. Telescooporiëntatie ... 8. Houding bij sterrenkijken ... 9. Resolutie
Deze bladzijde beantwoordt vragen over astronomische instrumenten. De vragen zijn:
1. Kunstmanen
Een kunstmaan is een gebouwd voorwerp dat rond een hemellichaam draait. De meeste kunstmanen zijn heel duur, dus moeten ze ook wel nuttig zijn, anders zou men er geen geld voor over hebben om ze te bouwen. Hier zijn een paar dingen die kunstmanen kunnen doen die we vanaf de grond niet zo goed kunnen:
Een groot stuk van de Aarde tegelijk zien (tot de helft van de Aarde aan toe). Dat kan handig zijn om aan een groot deel van de Aarde tegelijk metingen te doen (bijvoorbeeld weersatellieten), of om naar een groot gebied op Aarde te kunnen zenden of daarvan te kunnen ontvangen (bijvoorbeeld navigatiesatellieten en communicatiesatellieten).
Stukken van de Aarde zien waarvan het gevaarlijk of moeilijk of voor jou niet toegestaan is om er over de grond naartoe te reizen (bijvoorbeeld militaire satellieten).
De hele tijd naar de sterren kijken, in plaats van alleen als het nacht en goed weer is.
De hele tijd naar de Zon kijken, in plaats van alleen ongeveer de helft van de tijd, als het dan tenminste goed weer is.
Veel scherpere foto's van de sterrenhemel maken omdat je niet door de onrustige dampkring hoeft te kijken.
Soorten straling uit het Heelal waarnemen die niet (goed) door de dampkring van de Aarde komen (bijvoorbeeld infraroodstraling en röntgenstraling).
Naar andere manen of planeten reizen en daar van dichtbij foto's en metingen van maken.
2. Kunstmanen zien kleuren
Veel kunstmanen maken foto's in verschillende kleuren. Die kleuren worden bepaald door de filters (voor licht) die de kunstmaan aan boord heeft. Die filters hangen af van het doel van de foto's (en van hoe duur ze zijn). Een weersatelliet gebruikt filters die wolken of waterdamp of andere weerkenmerken goed op laten vallen, zodat je die kenmerken gemakkelijk kunt zien. Een militaire satelliet kan bijvoorbeeld filters gebruiken waarmee je 's nachts dingen kunt zien of waarmee gebouwen of andere kunstmatige dingen goed opvallen. Een landbouwsatelliet gebruikt filters waarmee verschillende soorten gewassen en begroeiing op verschillende manieren opvallen zodat je kunt zien wat voor soort gewas of begroeiing het is. Astronomische satellieten kunnen filters gebruiken waarmee je bepaalde soorten atomen of gassen in een bepaald temperatuurbereik kunt zien.
De filters hoeven ook niet allemaal voor zichtbaar licht te zijn. Er zijn kunstmanen die infrarood licht of ultraviolet licht of röntgenstraling kunnen zien. Elke kunstmaan heeft zijn eigen verzameling filters aan boord, en ze hoeven niet allemaal voor elke foto gebruikt te worden.
3. Hoeveel kunstmanen zijn er in de ruimte?
Naar schatting zijn er tot nu toe ongeveer 8000 satellieten de ruimte in gestuurd. Een organisatie in de V.S. die satellieten volgt meldt 5643 satellieten tot en met november 2003, maar daar zitten geheime satellieten niet bij en ook satellieten die te klein of te ver weg zijn niet. Van die satellieten waren er eind november nog 2974 in de ruimte en waren er 2669 teruggevallen in de dampkring van de Aarde, waar ze bijna allemaal helemaal verbrand waren.
Als een satelliet gelanceerd wordt dan blijven er soms behalve de satelliet zelf ook stukken van de raket door de ruimte zweven. Als een astronaut tijdens een ruimtewandeling een schroevendraaier verliest dan zweeft die schroevendraaier ook een tijdje rond de Aarde. En afval van de astronauten uit het Internationale Ruimtestation wordt de ruimte in gegooid en kan dan ook rond de Aarde blijven draaien. Er zijn dus naast de satellieten ook veel stukken ruimtetroep in een baan rond de Aarde. Eind november telde men 9275 stukken ruimtetroep die groot genoeg waren om op te vallen.
4. Weersatellietfoto's
Hoe je een weersatellietfoto moet interpreteren hangt er helemaal vanaf wat voor licht of andere straling in de foto is vastgelegd. Sommige foto's zijn gebaseerd op gewoon licht (van alle kleuren of alleen van specifieke kleuren), en andere foto's zijn gebaseerd op verschillende soorten infrarood of ultraviolet licht. Elke verschillende kleur is op een verschillende manier gevoelig voor de omstandigheden in de dampkring, zoals de temperatuur op een bepaalde hoogte, of de aanwezigheid van waterdamp, of hoeveel zonlicht er gereflecteerd wordt. Weersatellietontwerpers kiezen expres verschillende kleuren die heel verschillend gevoelig zijn, zodat ze zoveel mogelijk onafhankelijke gegevens hebben om te gebruiken om het weer te voorspellen. In het algemeen kun je (dacht ik) bij weersatellietfoto's op het internet wel vinden door welk instrument ze genomen zijn en/of welke soort straling ze vastgelegd hebben.
Als het gewoon-lichtfoto's ("visible light pictures" in het Engels) zijn, dan geven witte vlekken aan waar veel zonlicht gereflecteerd werd. Dan kan dan komen omdat daar wolken zijn, of omdat daar sneeuw of ijs op de grond licht, of (als het een zwart-witfoto is) misschien dat er een woestijn ligt.
Als het een infraroodfoto ("IR" of "infrared" in het Engels) is, dan kun je daar vaak op zien waar zich veel waterdamp op grote hoogte bevind en waar de koufronten of warmtefronten (of misschien allebei) zijn.
Het doen van goede weersvoorspellingen is niet eenvoudig, zelfs als je satellietfoto's hebt en weet wat voor soort straling ze vastlegden. Daarom zijn verschillende weersvoorspellers het niet altijd eens over wat voor weer het zal worden, zelfs niet als ze grote computers en heel veel weersatellietfoto's kunnen gebruiken om te helpen bij het voorspellen.
Voor specifiek advies over het voorspellen van het weer aan de hand van weersatellietfoto's zou je naar een meteoroloog of naar een weerbureau moeten gaan.
Ook zijn er in veel boekwinkels en bibliotheken boeken over het weer te vinden, en daarin staan vaak een paar weersatellietfoto's met uitleg.
5. Interferometrie
Interferometrie is een techniek om hele kleine verschillen te meten in afstanden die golven afleggen. Dat kunnen geluidsgolven zijn, of oppervlaktegolven (zoals golven op water), of elektromagnetische golven (zoals licht of radargolven), of nog andere golfverschijnselen. Met behulp van interferometrie kun je de metingen van verschillende telescopen zo bij elkaar stoppen dat het lijkt alsof ze samen één telescoop waren die zo groot is dat hij helemaal van de plaats van de ene telescoop naar de plaats van de andere telescoop reikt. Als je bijvoorbeeld de interferometrische waarnemingen van twee telescopen bij elkaar stopt die op 2 kilometer van elkaar staan, dan kun je in de waarnemingen details onderscheiden net alsof je waarnam met één telescoop die 2 kilometer groot was.
Dit samenvoegen van waarnemingen van verschillende telescopen is niet eenvoudig, en daarom doet niet iedereen het. Je hebt er heel nauwkeurige en dus dure apparatuur voor nodig, en om de interferometrische waarnemingen goed bij elkaar te stoppen vergt heel veel rekenwerk. Tot nu toe is deze techniek in de sterrenkunde het meest op radiogolven toegepast, bijvoorbeeld door de Westerbork Synthese Ratiotelescoop in Drenthe, door de Very Large Array ("Hele Grote Rij") in New Mexico, en door het VLBI-netwerk dat radiotelescopen in verschillende landen interferometrisch aan elkaar knoopt, maar men begint het nu ook met licht te doen, bijvoorbeeld met de Keck-telescopen en de Gemini-telescopen.
Het ontvangend oppervlak van een paar kleine telescopen op 2 km afstand van elkaar is natuurlijk verschrikkelijk veel kleiner dan het ontvangend oppervlak van een telescoop die zelf 2 km groot is, dus kun je met kleine telescopen en interferometrie wel net zulke kleine dingen zien maar niet net zulke zwakke dingen zien als met een reuzetelescoop.
6. Grote Telescopen
Je kunt een (engelstalige) lijst van de grootste optische telescopen vinden op //www.seds.org/billa/bigeyes.html. De "Keck I"-telescoop, die nu (2003) de grootste is samen met de Keck II, werkt al sinds 1993. Keck II volgde in 1996.
7. Telescooporiëntatie
Om een bepaalde ster of planeet of de Maan te kunnen zien door een telescoop hoef je alleen maar de telescoop op die ster of planeet of de Maan te richten, net zoals voor een verrekijker. Om te oefenen kun je het beste beginnen met iets relatief groots en helders, zoals de Maan. Als je een telescoop hebt met een zogenaamde equatoriale opstelling, dan zit de telescoopbuis op een dikke schuine as, en dan heeft het voordelen om die as precies naar de hemelpool te laten wijzen (in het noorden is dat ongeveer waar de Poolster staat). De handleiding van de telescoop legt uit hoe dat werkt. Als je geen (duurdere) equatoriale opstelling hebt maar een (goedkopere) gewone opstelling, kies dan de stand waarmee je het meest comfortabel door de telescoop kunt kijken naar de ster die je wilt zien.
8. Houding bij sterrenkijken
Houdingen die aan te raden zijn bij het kijken door een telescoop zijn houdingen die je zonder ongemak lange tijd vol kan houden. Welke dat precies zijn hangt af van je telescoop en van waar in de hemel de ster staat waar je naar wilt kijken. Omdat de sterrenhemel langzaam draait kun je niet vanuit een stoel door de telescoop kijken, tenminste niet als je je onderwerp met de telescoop langs de hemel wilt volgen, dus meestal zul je staand of misschien knielend door de telescoop kijken.
De resolutie (of scheidend vermogen) van een optisch instrument zoals een telescoop of een verrekijker of een oog geeft de afmeting aan van de kleinste dingen die je nog kunt herkennen als je dat instrument gebruikt. Het is moeilijker om kleinere dingen te zien, dus zegt men dat de resolutie beter is als je kleinere dingen kunt zien, en slechter als je alleen maar grotere dingen kunt zien.
Resolutie wordt vaak gemeten in boogseconden. Een boogseconde is een maat voor een hoek. Je kunt de grootte van elke hoek in boogseconden uitdrukken, maar 1 boogseconde is een hele kleine hoek en wordt daarom meestal alleen gebruikt voor dingen die er aan de hemel heel klein uitzien. De diameter van de Maan aan de hemel is bijvoorbeeld ongeveer 1800 boogseconden, wat hetzelfde is als een halve graad.
De vraag is: wat betekent het als iemand zegt dat zijn telescoop een "grotere resolutie" heeft. Betekent dat dat die telescoop meer kan onderscheiden, dus kleinere details kan zien, of dat de grootte van de dingen die het kan onderscheiden groter is, dus dat het alleen grotere details kan zien? Dit kan verwarrend zijn. Het is beter om te spreken van "betere" of "slechtere" resolutie, maar niet van "grotere" of "kleinere" resolutie.
In het algemeen is de resolutie van een telescoop evenredig met de golflengte van de straling die wordt waargenomen. Daarom heeft de Hubbleruimtetelescoop, net als andere telescopen, de beste resolutie bij de kleinste golflengten. Echter, je hebt niets aan goede resolutie als je de straling van die golflengte niet kunt zien of meten, dus moet je ook denken aan het interval van golflengten dat het instrument kan zien. De meeste optische telescopen kunnen zichtbaar licht en een beetje ultraviolet of infrarood licht zien. Die hebben de beste resolutie aan de blauwe/ultraviolette kant van het bereik, waar de golflengten kleiner zijn dan aan de rode/infrarode kant. De resolutie aan de blauwe kant is ongeveer tweemaal beter dan aan de rode kant.
Stel, je kunt nog net twee dingen onderscheiden die (gemeten van het midden van de een naar het midden van de ander, loodrecht op de richting naar de telescoop) op afstand \(b\) van elkaar staan, als ze op afstand \(d\) van de telescoop zijn. Dan kun je de resolutie van de telescoop met de volgende formule uitrekenen (aannemend dat afstand \(d\) veel groter is dan afstand \(b\)):
\begin{equation} r = 57.3° \frac{b}{d} = 206265″ \frac{b}{d} \end{equation}
De resolutie \(r\) is dan de kleinste hoek die je met de telescoop nog kan onderscheiden. Als je bijvoorbeeld dingen op 3 cm van elkaar nog net kunt onderscheiden op een afstand van 115 m van de telescoop, dan heeft de telescoop een resolutie van 57,3° × 0,03 / 115 = 0,015° of 54″ (boogseconden).
De resolutie van een goede telescoop hangt af van de diameter van de opening of lens waar het licht de telescoop in komt. Als die diameter \(s\) centimeter is, dan is de beste resolutie die theoretisch mogelijk is gelijk aan \(0,0036/s\) graden, maar dat halen de meeste telescopen bij lange na niet.