Innledning
Hallo, Emil! Takk for bildene du tok av Venus og Jupiter under konjunksjonen 2. mars 2023. De viser at du behersker både teleskopet og mobiltelefonen som kamera, og de inspirerte meg til å skrive dette innlegget på bloggen min, Verdensrommet.org. Med utgangspunkt i observasjonene dine vil jeg fortelle om teleskopets tidlige historie, forklare forskjellen mellom Galileis og Keplers teleskopkonstruksjoner og se nærmere på hvordan lysåpning, forstørrelse og synsfelt påvirker det vi kan observere. Deretter undersøker jeg bildene av Jupiter og de fire galileiske månene, før jeg forklarer hva en konjunksjon er, hvordan den kan fotograferes, og hvorfor Venus og Jupiter ser ut til å stå så nær hverandre på himmelen.
Teleskopets historie
Teleskopets historie begynner tidlig på 1600-tallet. En kjent fortelling beskriver hvordan to gutter i 1608 oppdaget at en vindhane på et kirkespir så større ut når de holdt to brilleglass etter hverandre og så gjennom dem. Oppdagelsen skal ha blitt gjort i verkstedet til den nederlandske optikeren Hans Lippershey. Det er uklart om guttene var barna hans eller tilfeldige kunder, men hendelsen knyttes ofte til den tidlige utviklingen av teleskopet.
Galileo Galilei bygde sitt første teleskop med utgangspunkt i oppdagelsen som ble gjort hos den nederlandske optikeren. Han var ikke den første som tok i bruk det nye instrumentet, men han var den første som publiserte astronomiske observasjoner utført med teleskop. Teleskopet han brukte i 1609, hadde en lysåpning på 3 cm og en forstørrelse på 20 ganger. Objektivet var en samlelinse, mens okularet nærmest øyet var en spredelinse. Med dette instrumentet observerte Galilei blant annet kratere og fjell på Månen, mørke flekker på Sola, de fire største månene rundt Jupiter i januar 1610 og Venus’ faser høsten samme år.
Galilei teleskopet: Fordeler og ulemper
Galileo Galilei kopierte ideen fra Holland, han utviklet ideen fra leketøy til presisjonsinstrument. Galileo så aldri det originale teleskopet til nederlandske teleskopet før han bygde sitt eget. Det var i mai 1609 hørte han rykter om at en hollender hadde laget et rør som fikk fjerne gjenstander til å se nærme ut. Galilei «kopierte» prinsippet basert på ryktene, analyserte optikken teoretisk og skaffet de beste linsemaker glassene fra Venezia. Galilei begynte også å slipe sine egne linser med langt mer presise krumningsradier. Han dekket til ytterkantene av samlelinsen slik at bare den midterste, mest presise delen av glasset slapp lyset igjennom. Han konstruerte et teleskop som klarte å se Jupiters måner ved 20x forstørrelse, til slutt klarte han å slipe to linser som gav en forstørrelse på 30x.
Denne konstruksjonen hadde tre sentrale fordeler:
- Ved å plassere spredelinsen foran brennpunktet for samlelinsen, vil lysstrålene ikke krysse hverandre og Galilei så et rettvendt bilde (ikke opp-ned eller speilvendt) av Jupiter.
- Teleskopet fysiske lengde L blir differansen mellom brennviddene: L = fobj – fok. Til sammenlikning krever en konstruksjon med to samlelinser (se avsnittet om Kepler-teleskopet) en lengde lik summen av de to brennvidder. Dette gjorde Galileo-teleskopet mer kompakt og håndterbar.
- Den negative linsen (spredelinsen) har den egenskapen at den fungerer som en korreksjonslinse for samlelinsen.
- Fargene i det hvite lyset brytes forskjellig når lyset passerer samlelinsen, det betyr at lyset som treffer spredelinsen består av alle regnbuens farger. Spredelinsen sørger for at regnbuelyset som passerer spredelinsen sees av det blotte øyet hvitt lys igjen. Denne fargefeilen kaller astronomene for kromatisk aberrasjon.
- Disse to linsetypene kansellerer også linsefeilen (den sfæriske aberrasjonen). Samlelinsen bryter kantstrålene for mye innover mot linsens sentrale akse. Denne feilen retter den negative linsen (okularet) og Galileo ser et skarpt virtuelt bilde av Jupiter
En ulemper var at Galilei teleskopet hadde et ekstremt trangt synsfelt (ca. 15-18 bueminutter), han hadde et synsfelt som rett og slett ikke fikk plass til hele Jupiter systemet i samme bilde. Månenes maksimale avstand til Jupiter gjør dette tydelig:
- Callisto, den ytterste galileiske månen, kan bevege seg opp til ca. 10-12 bueminutter bort fra Jupiter.
- Hvis Callisto lå på den ene siden av Jupiter og Ganymedes eller Europa lå langt ute på den andre siden, kunne den totale vinkelavstand mellom de ytterste månene være opp mot 20-25 bueminutt.
Det er utrolig imponerende at Galilei klarte observer å logge de galileiske månebanene med et synsfelt de 4 månene dekket maksimalt 25 bueminutter av himmelen og teleskopet synsfelt var 10 bueminutter. Med et slikt begrenset synsfelt fikk han ikke se de fire månene samtidig i synsfeltet. Det måtte være vanskelig å oppdage når månene forsvant enten foran eller bak Jupiter
Det er også imponerende at Galilei klarte å observere lysforskjellen på de fire månene når teleskopet lysåpning var 3 cm. Lysåpningen for Emil-teleskopet er 7cm, betydelig større. Det er forholdet arealene på lysåpningene som bestemmer hvor mye mer lys. Deler man de to sirkelflatene på hverandre får man et forhold som er ca. 5. Det vil si at Emil-teleskopet tar imot ca. 5 ganger mer lys
Emil-teleskopet er utviklet av Johannes Kepler
Johannes Kepler publiserte det teoretiske prinsippet for sitt teleskop i 1611. Til forskjell fra Galileos teleskopet fra 1609 (som brukte en spredelinse i okularet og gav lite synsfelt), foreslo Kepler å bruke en samlelinse også i okularet. Kepler-teleskopet gav et betydelig større synsfelt. Emil-teleskopet er en landskaps-kikkert, som ser landskapet rettvendt. Det er et 45 graders prisme er montert i strålegangen mellom fokusplanet og okularet som gjør Jupiter rettvendt. Normalt uten dette vil bilde observeres opp/ned og speilvendt. Det er okularets synsfelt (ca. 70 grader) og teleskopets forstørrelse (20X) som bestemmer Emil-teleskopet det store synsfeltet på 3,5 grader (=70/20). Minner om at synsfeltet forteller stor del av himmelen som er synlig gjennom okularet.
De fire galileiske månene 2. mars 2023 klokken 18.57
Bilde 2a (til venstre) viser at Io, Europa, Ganymedes og Callisto er langt svakere enn selve Jupiter-skiven. Jupiter lyste om lag 1 200 ganger sterkere enn Callisto og rundt 525 ganger sterkere enn Ganymedes, som er den lyseste av månene. På bilde 2a fremstår derfor Callisto betydelig svakere enn Ganymedes, i samsvar med beregningen utført av Gemini.
Når lyset fra den sterke planetskiven passerer gjennom teleskopåpningen og videre til okularsystemet, kan hindringer på veien bøye lysbølgene og danne diffraksjonspigger. Bilde 2a vise to pigger som stråler radielt ut fra planetskivens sentrum.
Konjunksjonen sett fra Gimlekollen
Tidligere på dagen kl. 07:00, var vinkelen mellom de to planetene ca. 0,52 grader eller 31 bueminutter (=0,51*60). Det vil si at fullmånen vil omtrent få plass mellom de to plantene. Lyset fra Venus nederst i bilde 3 lyser ca. 6 ganger sterkere enn Jupiter.
Konjunksjonen sett med det blotte øye
Bilde 4 viser at de to planetene er overeksponert. Pikslene i kameraet «renner over» av lys, slik at vinkelavstanden mellom planetene virker mindre enn den faktisk er. Derfor er det vanskelig å forestille seg at Månen får plass mellom Venus og Jupiter. Bildet gjengir ikke forholdene helt korrekt, fordi overeksponeringen får begge planetene til å fremstå som større enn de er.
Geometrien bak konjunksjon
Tegningen i bilde 5 illustrerer en konjunksjon, det vil si at to himmellegemer ser ut til å stå nær hverandre på himmelen sett fra Jorden. Jeg kopierte bilde 5, åpnet Gemini-appen og lastet bildet inn i programmet. Gemini tok utgangspunkt i bildet og den geometriske framstillingen og forklarte fenomenet i tre trinn:
- Siktlinjen: Jorden (A) er observatørens utgangspunkt. Siktlinjen går fra Jorden, gjennom banen til den indre planeten Venus (B), og videre mot den ytre planeten Jupiter (C).
- Omløp og ekliptikken: Venus bruker omtrent 225 dager på ett omløp rundt Solen og befinner seg i en gjennomsnittlig avstand på 0,72 AU. Jupiter bruker omtrent 12 år og befinner seg 5,2 AU fra Solen. Fordi planetbanene ligger nesten i samme plan, ekliptikken, vil den raske indre planeten regelmessig ta igjen den langsommere ytre planeten på himmelen.
- Visuell effekt: Når siktlinjen fra Jorden går gjennom både Venus og Jupiter, oppstår en konjunksjon. På nattehimmelen ser vi planetene som to svært lyssterke «stjerner» tett ved siden av hverandre, selv om avstanden mellom dem i rommet er enorm.
«En konjunksjon mellom Venus og Jupiter oppstår når planetene ligger på linje sett fra vårt ståsted på Jorden.» (Gemini)