A németalföldi látcsőtől az űrteleszkópok birodalmáig

Galilei távcsöves bemutatót tart a velencei dózsénak

Már az ókori keleti birodalmakban is megbecsült tudománynak számított a csillagászat. Az óegyiptomi tudós papok például a Sirius állásából számították ki a Nílus várható áradásának idejét, Mezopotámiában pedig hatalmas csillagvizsgálókat építettek. Az égitestek vizsgálatánál azonban egészen a 16. század végéig, kizárólag a szögmérő műszerekre és órákra, valamint a puszta szemükre hagyatkozhattak az asztronómusok. A távcső feltalálása alapjaiban rengette meg a hagyományos világképet.

A szabad szemmel végzett észlelések, illetve az égitestek mozgásának tanulmányozása a 16. derekára egészen forradalmi eredményekhez, így többek között Kopernikusz 1542-ben publikált heliocentrikus világképének megszületéséhez vezetett.

Nikolausz Kopernikusz lengyel csillagász, a heliocentrikus világkép megalkotója Forrás: Wikimedia Commons

Ám hogy milyenek is lehetnek valójában az égitestek,

arról egészen az optikai távcső feltalálásáig még a csillagászoknak sem volt sok fogalmuk.

A híres ókori bölcselő, Arisztotelész tanításából kiindulva úgy képzelték, hogy az égitestek, különösen a Hold már szabad szemmel is kivehető részleteket mutató felszíne teljesen sima lehet.

Máig nem tudni pontosan, ki volt a feltaláló

Máig nem tudni pontosan, hogy kinek a nevéhez fűződik az első optikai, lencsés távcső feltalálása. A látást javító szemüveglencsét már a középkorban is ismerték, ám a távoli tárgyakat felnagyító első látcső csak 1608 táján született meg Németalföldön, amit először a tengerészek és a katonák kezdtek el használni.

A távcsövet 1608 körül találták fel Németalföldön (korabeli metszet) Forrás:History

Arról már maradt fenn feljegyzés, hogy 1609-ben egy angol nemes,

Thomas Harriot volt az első, aki az új németalföldi találmányt az égbolt felé fordította.

A távcső csillagászati megfigyelésekben játszott forradalmi jelentőségét a híres olasz fizikus és csillagász, Galileo Galilei ismerte fel.

Galileo Galilei olasz fizikus és csillagász 1610 januárjában végzett először távcsöves csillagászati megfigyeléseket Forrás: Wikimedia Commons

Galilei a németalföldi látcső optikai működésének elvét tanulmányozva, kifejezetten az égbolt megfigyelésére építette meg első teleszkópját.

Galilei eredeti távcsövei a firenzei Galilei Múzeumban Forrás: Wikimedia Commons

Az első, egy nagyobb átmérőjű, objektívnek használt domború (konvex), valamint egy kis homorú (konkáv) okulárlencséből álló Galilei-féle távcsőnek alig 16-szoros volt a nagyítása (később, a legerősebb távcsöve is csak 32-szeres nagyítású volt), ám ez is elegendőnek bizonyult ahhoz, hogy amikor 1610 januárjában először fordította az éjszakai égbolt felé távcsövét, szinte azonnal lerombolja az addig általánosan elfogadott arisztotelészi és ptolemaioszi világképet.

Galilei távcsöve romba döntötte a geocentrikus világképet

Galilei távcsöve segítségével felfedezte, hogy a Hold felszínét hegyláncok, kiterjedt síkságok és krátermezők borítják,

szemben Arisztotelész hipotetikus tanával.

1610 januárjában a Jupiter négy legnagyobb holdját is felfedezte, megállapítva, hogy ezek az égitestek az anyabolygójuk körül keringenek, azaz a kopernikuszi világkép is revízióra szorul.

Galilei holdészlelései, és a Holdról készített rajzai a Siderius nuncius című könyvében Forrás: History

Ugyancsak ő volt az első, aki észrevette, hogy a távcsőben a Tejút csillagok rengetegére bomlik.

A távcsővel végzett megfigyelések egyszer és mindenkorra megkérdőjelezték az egyház által hivatalosnak tekintett geocentrikus (földközpontú) világképet.

Galilei távcsöves bemutatót tart a velencei dózsénak Forrás: Youtube

Annak ellenére, hogy az inkvizíció Galileit „eretnek" tanai miatt maga elé idézte, és a tanai visszavonására kényszerítette, a távcső és az asztronómia forradalmát már nem lehetett feltartóztatni.

Már a 17. században sikerült kiszámítani a fény sebességét

A bolygómozgások alapvető égi-mechanikai törvényszerűségeit megfogalmazó

Johannes Kepler német csillagász, nemcsak a róla elnevezett három törvénnyel alkotott maradandót,

hanem a lencsés távcső továbbfejlesztésével is. Kepler – Galileivel ellentétben – távcsövének okulárjához domború lencsét használt, ami sokkal nagyobb látómezőt eredményezett a Galilei-féle távcsőnél. Kepler rájött, hogy az objektív átmérőjének és fókuszának (gyújtótávolságának) növelésével nagyobb felbontás és nagyítás érhető el.

Johannes Kepler német csillagász portréja 1610 körül Forrás: Wikimedia Commons

Christian Huygens holland csillagász munkássága oldotta meg a korai lencsés távcsövek egyik nagy fogyatékosságát, a színtorzítást a többtagú okulár megkonstruálásával. A 17. század derekára nagyon sokat fejlődött a lencsés teleszkópok (refraktorok) teljesítménye.

A Naprendszer legnagyobb bolygója, a gázóriás Jupiter Forrás: NASA/ESA Hubble Space Telescope

A 17. század egyik leghíresebb észlelőcsillagászának, az olasz származású francia asztronómusnak, Giovanni Domenico Cassininak a kor híres olasz távcsőkészítője, Campani refraktorával sikerült először megfigyelnie a Jupiter-holdak árnyékát az óriásbolygó felszínén.

Giovanni Domenico Cassini olasz származású francia csillagász Forrás: Wikimedia Commons

A holdak mozgásának tanulmányozást összegző táblázatait 1668-ban adta ki, amelynek segítségével bő másfél évtizeddel később Olaf Roemer dán csillagász – a Jupiter-holdak fogyatkozásából –

először tudta kiszámítani a fény sebességét

azt is megállapítva, hogy a fény terjedése egyenletes sebességgel történik.

Olaf Roemer dán csillagász mérte meg először a fény sebességét a Jupiter-holdak fogyatkozásából Forrás: Wikimedia Commons

Campani kiváló távcsöveinek köszönhetően Cassini 1675-ben felfedezte a róla elnevezett rést a Szaturnusz gyűrűjében, de az ő nevéhez fűződik a gyűrűs óriásbolygó első öt holdjának leírása is.

Nem csak a tömegvonzás törvényét ismerte fel

Sir Isaac Newton, a modern fizika egyik megteremtője, kétségkívül a tömegvonzás törvényszerűségeinek felismeréséért vált világhírűvé,

ám a neves angol fizikus az optikai csillagászatban is maradandót alkotott.

Newton volt az első, aki az addig általánosan használt lencsés távcsövek mellett megalkotta az észlelőcsillagászatban valódi áttörést jelentő első tükrös teleszkópot. A Newton-távcső „lelkét", az objektívet egy homorú tükör alkotta.

Sir Isaac Newton, az első tükrös teleszkóp megalkotója Forrás: Wikimedia Commons

A tükör által összegyűjtött fényt a gyújtópont előtt 45 fokos szögben elhelyezett síktükör vetített a távcsőtubus oldalára szerelt lencsés okulárba, amely tovább nagyította a képet. Newton a forradalmian új rendszerű tükrös teleszkópját 1672-ben mutatta be a Royal Society tudós közönségének.

Newton első tükrös távcsöve Forrás: Origo

A tükrös teleszkópoknak az volt az igen nagy előnye a hagyományos lencsés távcsövekkel szemben, hogy jóval egyszerűbb volt nagyobb átmérőjű, ezért több fényt összegyűjtő, azaz jobb felbontóképességű teleszkóptükröket készíteni, mint a refraktorok objektívéhez használt lencséket csiszolni.

Zenészből lett óriástávcső-építő

A tükrös teleszkópok teljesítménye a 18. században igen sokat fejlődött. A tudománytörténet első óriástávcsövét Sir Frederick William Herschel német származású angol csillagász építette meg, 1784-ben.

William Herschel angol csillagász korabeli portréja Forrás: Wikimedia Commons

(A zenészből lett híres csillagász nevéhez fűződik többek között az Uránusz 1781-ben történt felfedezése, valamint az első kettőscsillag-katalógus összeállítása is.)

A 128 cm átmérőjű főtükörrel felszerelt teleszkóp 12 méteres fókusztávolsággal rendelkezett,

a hatalmas tubust pedig csigákkal mozgatták az óriási, gerendákból ácsolt állványzaton.

Herschel óriásteleszkópja Forrás: Origo

Herschel hosszú élete során több mint 400 különböző teljesítményű távcsövet épített.

Előbb találták meg papíron, mint az éjszakai égbolton

Az egyre nagyobb felbontású teleszkópok tették lehetővé az úgynevezett mélyég-objektumok, a galaxisok, csillaghalmazok, illetve a csillagközi por és gázködök alaposabb tanulmányozását.

Egy távoli galaxis felvétele. A galaxisokat, csillaghalmazokat és csillagközi por-, illetve gázfelhőket először Messier katalogizálta Forrás: NASA

Ebben Charles Messier francia csillagász végzett úttörő munkát,

aki 1781-ben összesen 103 galaxist, galaktikus porködöt, illetve csillaghalmazt katalogizált igen nagy precizitással. (A Messier-katalógus jelöléseit még napjainkban is használják.)

Charles Messier francia csillagász készítette el az első róla elnevezett mélyég-objektum katalógust Forrás: Wikimedia Commons

Viszont a 18. század végi tükrös teleszkópok teljesítménye sem volt elegendő ahhoz, hogy a távoli galaxisokat csillagaikra bontsák, így ekkoriban ezeket az objektumokat is még kozmikus „ködöknek" vélték. A 19. században tovább folytatódott az optikai csillagászat diadalmenete.

A Neptunusz a Voyager-2 felvételén Forrás: NASA

Az Uránusz felfedezése után több csillagásznak is feltűnt a bolygó mozgásában mutatkozó perturbáció, amelyre az Uránusz mögötti pályán keringő ismeretlen planéta gravitációs hatása lett volna a leginkább kézenfekvő magyarázat.

John Couch Adams brit matematikus fotója az 1850-es évekből Forrás: Wikimedia Commons

John Couch Adams angol matematikus 1841-ben az Uránusz pályaháborgási adataiból

ki is számította, hogy hol kellene lennie az ismeretlen bolygónak.

Hasonló eredményre jutott a francia Urban Le Verrier, aki Adamstól függetlenül – egy fok eltéréssel - ugyanott prognosztizálta a titokzatos planéta helyét saját számításai alapján, ahol Adams is.

Urban Le Verrier francia matematikus az Uránusz pályazavaraiból számította ki a Neptunusz helyzetét Forrás: Wikimedia Commons

A francia csillagászok azonban nem találták meg a Naprendszer határán rejtőzködő égitestet.

A francia tudós honfitársai sikertelensége miatti elkeseredésében levelet írt Johann Gallénak, a berlini csillagvizsgáló asztronómusának, elküldve neki pályaszámításait is. Le Verrier határozott meggyőződése volt, hogy számításai helyesek, és létezik az Uránuszon túli bolygó.

Johann-Gottfried Galle, német csillagász, a Neptunusz felfedezője Forrás: Wikimedia Commons

A precíz és szorgalmas német, Le Verrier számításait felhasználva addig fürkészte az égboltot, míg 1846-ban –ott, ahol Le Verrier megjósolta – fel is fedezte a Naprendszer negyedik gázóriását, a Neptunuszt.

Tévedések vígjátéka: csatornák a Marson

A korszakalkotó felfedezések mellett a távcső, pontosabban a teleszkóp képét vizsgáló emberi szem időnként megtréfálta az észlelőket. A 19. század legszenzációsabb tévedése az élénk fantáziával megáldott olasz csillagász, Giovanni Schiaparelli nevéhez fűződik.

Giovanni Schiaparelli olasz csillagász Forrás: Wikimedia Commons

Schiaparelli 1877-ben a Mars tanulmányozása közben a bolygó egyenlítői vidéke és hósapkával fedett pólusa között

szabályosan kiépített csatornahálózatot vélt felfedezni.

A derék olasz csillagásznak azonnal meglódult a fantáziája, és a „csatornákat" az elsivatagosodással küzdő marslakók kétségbeesett túlélési kísérleteként vizionálta.

Schiaparelli rajza az úgynevezett Mars-csatornákról Forrás: Wikimedia Commons

Schiaparelli szerint az életükért harcoló marslakók az északi pólus hósapkájából vezették el a vizet

a csatornarendszer segítségével a száraz és kietlen egyenlítői vidékekre. A korabeli sajtó természetesen hatalmas szenzációként kürtölte világgá Schiaparelli állítólagos felfedezését, ám később szégyenszemre bebizonyosodott, hogy a színes fantáziájú olasz csillagász optikai csalódás áldozata lett.

Korszakalkotó felfedezések az optikai monstrumokkal

A technika fejlődésének köszönhetően, a 19. század végén addig soha nem látott méretű teleszkópokat építettek. A Wisconsin állambeli Williams Bay-ben Charles Yerkes üzletember bőkezű adományának köszönhetően,

1897 októberében adták át az akkori világ legnagyobb teleszkópját a mecénás nevét viselő csillagvizsgálóban.

George Ellery Hale, a Yerkes Csillagvizsgáló első igazgatója Forrás: Wikimedia Commons

A 103 cm átmérőjű lencsés objektívvel felszerelt távcső a saját kategóriáján belül mindmáig a legnagyobb refraktornak számít. A kaliforniai Mount Wilson Csillagvizsgáló a 20. század első két évtizedében vált az asztronómiai kutatások fellegvárává. Egészen a Mount Palomar obszervatórium főműszerének átadásáig, itt állt a földkerekség legnagyobb tükrös teleszkópja, a csillagvizsgáló 100 inch (2,5 méter) átmérőjű tükörrel szerelt reflektora.

A Yerkes Csillagvizsgáló 103 cm átmérőjű lencsés távcsöve jelenleg is a legnagyobb refraktor a világon Forrás: Wikimedia Commons

A hatalmas műszerhez számos korszakalkotó felfedezés fűződik.

Harlow Shapley az óriástávcsővel végzett vizsgálataival határozta meg először a Tejútrendszer valós méretét, és neki sikerült lokalizálnia a Naprendszer pontos helyzetét is a galaxison belül. Az ő kutatásai alapján derült ki, hogy a Naprendszer, és így a Föld is a galaxis peremvidékén, az egyik spirálkar szélén helyezkedik el, távol a Tejútrendszer központjától.

A Mount Wilson Obszervatórium 2,5 méteres tükrös távcsöve Forrás: Wikimedia Commons

A Mount Wilson Obszervatórium kétségkívül leghíresebb munkatársa

Edwin Hubble 1924-ben fedezte fel a galaxisok vörös eltolódását,

azaz az univerzum tágulását. Hubble felfedezése a világegyetem keletkezését leíró későbbi ősrobbanás-elmélet fontos bizonyítékául szolgált.

Edwin Hubble a 100 inches reflektornál, a Mount Wilson Obszervatóriumban Forrás: Time /Margaret Bourke-White

Az óriástávcső segítségével Hubble alapvető fontosságú vizsgálatokat végzett a spirális galaxisok szerkezetével kapcsolatosan. A 20. század első évtizedétől kibontakozó kvantumfizikai forradalom alaposan átformálta az asztrofizikai világképet, és új lendületet adott a kozmológiai kutatásoknak is.

A csillagászatban nem ért véget a nagy felfedezések kora

A magfúzió felfedezése megoldotta a Nap és a csillagok energiatermelésének régóta megválaszolatlan problémáját, Albert Einstein 1915-ben közzétett általános relativitáselmélete pedig megalapozta a modern kozmológiai világképet.

Albert Einstein az általános relativitáselmélet megalkotója Forrás: Origo

A „nagy felfedezések" kora azonban – szemben a földrajzi felfedezésekkel -, nem hogy leáldozott volna a 19. századdal, hanem egyenesen ekkortól, a 20. századtól vette igazán kezdetét.

A Plútó közeli fotója Forrás: NASA/ESA

Egy amerikai amatőrcsillagászból lett hivatásos asztronómus, Clyde Tombaugh, hosszú és szívós munkával 1930. február 18-án a Lowell Obszervatórium 33 centiméter tükörátmérőjű asztrográfjával (fotó-teleszkópjával) felfedezte a Naprendszer kilencedik bolygóját, a Plútót.

Clyde Tombaugh, a Plútó felfedezője amatőrcsillagászként kezdte Forrás: Origo

( A Plútót jelenleg törpebolygóként kategorizálják a csillagászok, a szerk.)

Mindeközben folyt az egyre nagyobb tükörátmérőkért folytatott verseny.

A Kaliforniai Technológiai Intézet (Caltech) Mount Palomar Obszervatóriumában 1949-ben üzembe helyezett tükörteleszkóp hosszú ideig, egészen 1992-ig a földkerekség legnagyobb optikai távcsövének számított.

A Palomar-hegyi csillagvizsgáló ötméteres óriásteleszkópjának kupolája Forrás: Wikimedia Commons

A Hale-teleszkóp főtükrének 508 cm az átmérője (a súlya 20 tonna), a teleszkóp teljes hossza pedig eléri a 23 métert. A minden korábbinál nagyobb felbontású műszer új irányt adott az asztrofizikai kutatásoknak.

Marsi növénytakarót sejtető titokzatos színképvonalak

Nagy izgalmat kiváltó tévedés nem csak a 19. században történt, hanem a korszerű csúcstechnikával megáldott 20 században is. Csakúgy, mint Schiaparelli idejében,

1956-ban is a vörös bolygó, a Mars váltott ki hatalmas izgalmat egy utóbb falsnak bizonyult felfedezés kapcsán.

William Merz Sinton amerikai csillagász Forrás: Wikimedia Commons

Az 1956-os nagy Mars-oppozíció idején (amikor a bolygó a Nap körüli keringése során a legközelebb kerül a Földhöz) a ritka eseményt kihasználva összetett megfigyelések egész sorát végezték el a világ legnagyobb teleszkópjaival. Így többek között a bolygó színképének elemzésével igyekeztek minél pontosabban meghatározni a marsi atmoszféra összetevőit. William Merz Sinton amerikai csillagász, a Harvard Egyetemi Csillagvizsgálóban egy általa szerkesztett monokromátor segítségével olyan abszorpciós vonalakat fedezett fel a Mars színképében, amelyek a klorofilra, a természetes körülmények között kizárólag növények által előállított bonyolult szerves molekulára utaltak. Sintont 1954-től foglalkoztatták behatóbban a marsi élet kérdései. A vörös bolygó felszínén látható, hol sötét árnyalatot öltő, hol pedig időszakonként eltűnő szabálytalan foltokról úgy vélte, hogy azok – hipotetikusan - olyan növényi társulások lehetnek, amelyek a földi lombhullató növényekhez hasonlóan – évszakosan kihajtanak, majd elhullatják leveleiket. Eleinte úgy látszott, hogy az 1956-os felfedezés komoly bizonyíték lehet a marsi növényzet léte mellett.

És a valóság: marsi tájkép a Curiosity felvételén Forrás: NASA/JPL-Caltech/MSSS

A hír hatalmas szenzációt keltett,

és a bejelentés nyomán nem maradt el a kollektív fantáziálás sem a marsi életről. Csak akkor csillapodtak le a kedélyek, amikor kiderült, hogy mérési hiba folytán földi növények klorofilját mutatták ki a Mars színképében.

Kilépni a határokon túli csillagközi térbe

1957. október 4-én a Szovjetunióban orbitális pályára állították az első ember alkotta eszközt, a Szputnyik-1 műholdat. A Szputnyik sikeres felbocsátásával vette kezdetét az űrkorszak.

A Szputnyik-1 Forrás: Wikimedia Commons

A légkör határán túlra juttatott eszközök már az űrkorszak hajnalán felvetették azt az elképzelést, hogy az égitestek fényét elnyelő illetve eltorzító atmoszferikus hatások kiküszöbölésére a világűrbe kellene juttatni csillagászati mérőműszereket, illetve űrtávcsöveket. Az Egyesült Államokban 1961-ben meghirdetett Hold-program, majd az 1960-as években indított első szovjet és amerikai űrszondás bolygókutató expedíciók jelentették azokat az első komolyabb lépéseket, amelyek elvezettek a légkörön kívüli állandó csillagászati megfigyelésekhez.

Az első, 1969-es Hold-expedíció, az Apolló-11 misszió tagjai, Armstrong, Collins és Aldrin Forrás: NASA

Az űrtechnológia rohamos fejlődése már a következő évtizedben lehetővé tette a Voyager-missziók elindítását.

A Voyager-2 űrszonda (grafika) Forrás: NASA

Ez volt az emberiség történelmében az első olyan alkalom, amikor emberkéz alkotta eszközt azzal a céllal jutattak fel a kozmoszba, hogy a Naprendszer legtávolabbi vidékeinek felkutatása után, a tágabb értelemben vett kozmikus hazánkat elhagyva, kijusson a csillagközi térbe.

Huszonhét éve szolgál a kozmikus csillagászat zászlóshajója

Az űrkutatás számos rendkívüli eredményt felmutató évtizedei után

1990-ben érkezett el a következő állomás,

a légkörön kívüli csillagászat történetében. 1990 április 24-én – a Nagy obszervatóriumok sorozat első egységeként -, a floridai Kennedy Űrközpontból a Discovery űrrepülőgép fedélzetén indult el földkörüli útjára a Hubble-űrtávcső, az első orbitális pályán keringő és folyamatos megfigyeléseket végző csillagászati műhold.

A Hubble-űrtávcső Föld körüli pályán Forrás: NASA

A Hubble fő egysége a 2,4 méter átmérőjű Ritchey-Crétien rendszerű tükrös teleszkóp,

amely négy, folyamatosan cserélt műszerbe juttatja el az összegyűjtött fényt. A Hubble-űrtávcső 27 éve tartó működése egészen fantasztikus eredményeket produkált a nagyon távoli galaxisok kutatásában, és a világegyetem múltjának feltárásában.

Abell 2744 galaxishalmaz, a Szarvas csillagképben, a Hubble-űrtávcső felvételén Forrás: NASA/ESA/R. Dupke (Eureka Scientific, Inc.), et al.

A több mint negyedszázada működő űrbéli obszervatóriumnak

komoly szerepet szánnak az univerzum egyik legrejtélyesebb kérdése, az úgynevezett sötét energia kutatásban is.

A légkörön kívüli optikai csillagászat zászlóshajója a Spitzer és a Kepler űrtávcsövekkel együtt néhány év alatt annyi ismerettel gazdagította a kozmoszról szerzett eddigi tudásunkat, amire korábban évszázadok sem voltak elegendőek.

A Spitzer-űrtávcső Forrás: NASA/JPL-CalTech

A Hubble „zászlóshajó" szerepét a tervek szerint 2018-ban a James Webb-űrtávcső veszi át.

A nagy kaland tovább folytatódik

A légkörön kívüli csillagászat sem küldte nyugdíjba a földi megfigyelőplatformokat.

Az elmúlt két évtizedben lezajlott fejlődés itt is elképesztő.

A számítástechnika és az optika hihetetlen fejlődése olyan földi telepítésű optikai műszerek megalkotásához vezetett, amelyekhez képest a Mount Palomar Csillagvizsgáló egykori óriása ma már – képletesen szólva – csupán színházi látcsőnek számít.

A nagy kaland, az univerzum felfedezése tovább folytatódik Forrás: NASA

A chilei Atacama sivatagban felállítani tervezett, 39 méteres tükörátmérőjű European Extremly Large Telescope valószínűleg nem az utolsó lépés abban a folyamatban, amely olyan rendkívüli csillagászati műszerek megépítéséhez vezet, amelyekkel korábban elképzelhetetlennek tartott megfigyelések végezhetők.

Forrás: Wikimedia Commons

Négy évszázad alatt így jutottunk el a németalföldi látcsőtől és Galilei első teleszkópjától a Föld körül keringő, és az univerzum legnagyobb mélységeibe is ellátó kozmikus csillagvizsgálókig, és a fejlődésnek még koránt sincs vége.

A cikk megjelenését támogatta az MVM Edison program.