Sterrenkijkers en sterrenwachten

Sterrenkijkers en sterrenwachten

Sterrenkijkers

Historiek

Gedurende eeuwen was het oog het enige hulpmiddel bij astronomische waarnemingen, in 1608 deed de Nederlander Hans Lipperhey uit Middelburg een patentaanvraag bij de Staten-Generaal voor een apparaat waarmee je "verafgelegen dingen kon bekijken alsof ze dichtbij waren". Deze telescoop bestond uit een holle en bolle lens en staat bekend als een Hollandse kijker. Het patent werd afgewezen omdat het apparaat te makkelijk was om na te maken. De telescoop werd al gauw beroemd door Galilei die hem in 1609 gebruikte voor waarnemingen van de planeet Jupiter hiermee opende hij een nieuw tijdperk in de geschiedenis van de astronomie. Het kijkertje van Galilei was echter slechts een heel eenvoudig instrument. Mettertijd hebben zich hieruit verschillende meer verfijnde types telescopen ontwikkeld, terwijl ook de kwaliteit van de lenzen stelselmatig verbeterde.

Types

Er zijn twee grote verschillende telescopen. Diegenen die in het ,voor de mens, zichtbaar licht kijken en dus versterken wat wij zien en diegenen die ook de stralingen opvangen met andere frequenties dan die van het zichtbaar licht. In dit werkje zullen we ons verdiepen in zowel de radio- als de lichttelescopen. Vooral de geschiedenis van de lichttelescopen is vrij uitgebrijd en er bestaan verschillende varianten op elke lichttelescoop. Dit is veel minder het geval bij de de radiotelescopen want deze werden pas echt gebruikt na WO en zijn dus in tegenstelling tot de de gewone telescopen die 400 jaar geleden werden uitgevonden, zeer recent.

Zichtbaar lichttelescopen of optische telescopen

Spiegeltelescopen

De Reflectors of spiegeltelescopen bieden het voordeel dat ze niet onderhevig zijn aan kleurschifting, zoals refractors of lenzen. Bovendien kan een spiegel overal ondersteund worden, waardoor we in staat zijn spiegels te slijpen met een diameter van enkele meters. Van de talrijke types spiegeltelescopen bekijken we de voornaamste vier:

De Newtontelescoop vangt het licht op in een holle sferische of parabolische spiegel en weerkaatst het naar een kleine vangspiegel die voor het brandvlak geplaatst is. Dat spiegeltje weerkaatst het licht door het oculair.

Het Cassegraintype weerkaatst het licht in een holle parabolische spiegel naar een bol vangspiegeltje. Dit spiegeltje weerkaatst het licht op zijn beurt, door een gat in de hoofdspiegel naar het oculair.

De Schmidt-kijker is speciaal gebouwd voor fotografische opnamen. Hij heeft een breed gezichtsveld, vrijwel zonder beeldfouten. Het licht valt door een correctieplaat op een sferische spiegel. De spiegel weerkaatst het licht op een gebogen fotografische plaat.

De Kutter telescoop is een typische amateurtelescoop, die men toch niet mag onderschatten. Het licht valt op een sferische of parabolische spiegel en wordt weerkaatst. In de helft van de brandpuntsafstand bevindt zich een tweede spiegel, die een weinig bol staat. Die spiegel werpt het licht naar het oculair. Deze constructie maakt het mogelijk een instrument met lange brandpuntsafstand in een beperkte ruimte op te stellen. Bij modellen van 15 cm (diameter van de hoofdspiegel) en groter, zit er tussen de tweede spiegel en het oculair nog een correctielens.

De lenzen

Er bestaan twee soorten lenzen: holle en bolle lenzen. Beide types zijn nog eens onderverdeeld.

Als we een evenwijdige lichtbundel door een bolle lens laten vallen, zal het licht samenkomen in een punt. Dit punt ligt in het brandvlak van de lens.De afstand van de lens tot het brandvlak noemen we de brandpuntsafstand. Het brandpunt zelf is het snijpunt van het brandvlak en de as van de lens.

Het licht dat we van een puntvormige lichtbron (bijvoorbeeld een ster) ontvangen, is een evenwijdige stralenbundel. In het brandvlak komen alle lichtstralen van deze lichtbron samen en wordt het beeld gevormd. Het beeld van een ster is bijgevolg terug puntvormig. Een uitgebreide lichtbron, zoals bijvoorbeeld de Maan, kunnen we opvatten als bestaande uit een verzameling puntvormige lichtbronnen die elk een eigen beeld hebben in het brandvlak.

Op de figuur hieronder zien we dat een bolle lens het beeld van een uitgebreide lichtbron omkeert.

Bij een holle lens worden de lichtstralen van een evenwijdige stralenbundel van elkaar weg gebroken, net alsof ze vanuit een punt kwamen voor de lens. Dit punt ligt weer in het brandvlak van de lens.

Op de laatste figuur zien we dat een holle lens, in tegenstelling tot een bolle lens, het beeld van een uitgebreide lichtbron (zoals de maan) niet omkeert.

Lenstelescopen

Het licht valt binnen in de telescoop en wordt door een aantal lenzen geleid. Door een bolle lens wordt de lichtstraal afgebogen naar het brandvlak. Hierachter bevindt zich dan het oculair, dat oorspronkelijk uit één en later uit twee bolle lenzen bestond.

Dit type kijker draait wel alle beelden om. Voor astronomische doeleinden is dit echter geen probleem; vele kaarten worden zelfs omgekeerd gedrukt. Bij een gewone veldkijker daarentegen gebruikt men een holle lens als oculair, die voor het brandvlak geplaatst wordt. Refractors hebben echter een groot nadeel. Niet alle lichtstralen worden even sterk afgebogen door een lens. Violet licht buigt meer af dan rood. Dit effect noemen we kleurschifting. Vermits het licht van een ster samengesteld is uit alle kleuren van het spectrum, zal zij in een eenvoudige lenzenkijker een wazige, gekleurde rand vertonen. Dit kan worden verholpen door het objectief te vervangen door twee lenzen van verschillende glassoorten, die het licht op een verschillende wijze breken: achromatische lenzen. Aangezien een lens alleen aan de rand kan ondersteund worden, is ook haar diameter beperkt. Een grote lens heeft namelijk de neiging door te buigen onder haar eigen gewicht, waardoor het lensoppervlak vervormt. Daarom is men voor grote kijkers aangewezen op spiegeltelescopen.

Kenmerken van telescopen

Het belangrijkste nuttige kenmerk van een (astronomische) telescoop is de diameter van het objectief. Dit bepaalt niet alleen hoeveel licht er door de telescoop verzameld wordt, maar ook het maximale scheidend vermogen, en dus de maximaal bruikbare vergroting. De brandpuntsafstanden van het objectief.

Beide bovenstaande geven de openingsverhouding, als 'brandpuntsafstand'/'objectiefdiameter'. Bij de fotografen is dit bekend als 'F-getal' De kwaliteit van de optiek. Voor optimale beeldkwaliteit moeten alle optische oppervlakken afgewerkt zijn met een nauwkeurigheid die een ordegrootte beter is dan de golflengte van het licht. Dit komt overeen met ongeveer 50 manometer.

Correctie voor optische fouten, zoals sferische aberratie, chromatische aberratie en coma. Over het algemeen geldt dat hoe verder je van de optische as komt, hoe groter de beeldfouten worden. Voor een groter beeldveld moet de optiek beter gecorrigeerd worden, en zal deze dus duurder uitvallen.

De mate van vergroting is op zich geen belangrijk kenmerk, deze wordt bepaald door de verhouding in brandpuntsafstand tussen objectief en oculair, bij gebruik van oculairs met verschillende brandpuntsafstanden krijg je dus verschillende vergrotingen.

Enkele foto's van optische telescopen

Radiotelescopen

Een radiotelescoop is een parabolische schotelantenne speciaal voor kortegolf-radiosignalen. Meestal bestaat een telescoop echter uit een aantal van deze antennes, een 'array', waarvan de signalen gecombineerd worden.

Historiek

De eerste pogingen tot radio-astronomie stammen uit 1894, toen Sir Oliver Lodge centimeterstraling van de zon probeerde te detecteren. De hieropvolgende 40 jaar gebeurde er verder weinig omdat de detectietechnieken onvoldoende waren ontwikkeld. In 1931 verrichtte Karl Jansky die bij de Bell Telephone Laboratories werkte, enige experimenten met interferentie van radiogolven. Hij ontdekte drie soorten ruisbronnen: plaatselijke onweersbuien, verre onweersbuien en een permanent gesis van onbekende oorsprong, waarvan hij aantoonde dat het uit het centrum van de melkweg kwam door de bron aan de hemel te lokaliseren.

Werking

Slechts een gedeelte van de straling die de sterren uitzenden, is zichtbaar licht. Daarnaast bestaat er ook radiostraling, infrarode straling, ultraviolette straling, rontgenstraling en gammastraling. Vermits de enige bron van informatie over de sterren de straling is die ze uitzenden, is het dus zeer belangrijk dat naast het zichtbaar licht ook die andere vormen van straling worden onderzocht. De straling wordt opgevangen met een grote parabolische schotelantenne. Elke straal die in de parabool invalt wordt door de eigenschap van de parabool gereflecteerd in zijn brandpunt. Een nadeel van dit systeem is dat alle stralingen in één punt worden geprojecteerd en dus er maar een klein scheidend vermogen is ten opzichte van een telescoop die enkel in het zichtbaar licht kijkt.

Maar er zijn ook enkele grote voordelen aan het gebruik van de radiotelescopen.Aangezien radiostraling veel beter doordringt in de aardse atmosfeer dan gewoon licht, kan men met een radiotelescoop zelfs waarnemen bij bewolkt weer of overdag! De belangrijkste verdienste van de radio-astronomie ligt echter in het feit dat radiostraling ook veel makkelijker doorheen de talrijke donkere stofwolken in ons melkwegstelsel en de rest van het heelal dringt. Met behulp van radiotelescopen kunnen we "zien" wat er achter die stofwolken ligt.

De grootste beweegbare antenne bevindt zich in Effelsberg in Duitsland en heeft een diameter van ongeveer 100 meter (een voetbalveld groot!). De grootste antenne vinden we in Arecibo in Zuid-Amerika. Zij heeft een diameter van meer dan 300 meter, maar is onbeweegbaar.

De grootste ontdekking die men via de radiostralingen heeft kunnen vinden is de vorm van ons melkwegstelsel, een spiraalstructuur. Ook het feit dat het ganse heelal een achtergrondtemperatuur van -270°C heeft, drie graden boven het absolute nulpunt. Deze ontdekking bleek een grote steun voor de big bang-theorie, aangezien die geringe warmte een overblijfsel van de oerknal zou zijn.

Ruimtetelescopen

Buiten zichtbaar licht en radiostraling dringen de andere vormen van straling genoemd in de vorige paragraaf (gelukkig voor ons) niet of zeer moeilijk door in de atmosfeer. Ook waarnemingen in zichtbaar licht kunnen beter worden verricht zonder de storende invloed van onze dampkring. Om die reden brengt men tegenwoordig geregeld telescopen in de ruimte. De bekendste hiervan is zonder twijfel de Hubble-ruimtetelescoop, die observaties in wit licht en infrarood kan verrichten. De hoofdspiegel van 2.4 m presteert daarbij beter dan de grootste telescopen op Aarde. Hij fotografeert sterren tot magnitude 30! Daarnaast zijn er ook al gamma-, rontgen-, ultraviolet- en infraroodtelescopen gelanceerd. Het grootste nadeel van ruimtetelescopen is echter hun prijskaartje, waarvoor men vele aardse telescopen kan bouwen.

Sterrenwachten

Observatorio del Roque de los Muchacho

De algemene beschrijving van deze sterrenwacht komt min of meer overeen met die van de ‘Observatorio del Teide’. Bijkomende informatie: dit waarnemingscentrum is niet alleen geschikt om ’s nachts te observeren, maar ook voor zonnefysica. Deze sterrenwacht doet ook aan hoge energie astrofysica. ’s Nachts is de hoge bergtop, waar de professionele telescoop staat, niet toegankelijk voor gewone bezoekers door het klimaat. Amateurswaarnemers zouden een speciale toestemming kunnen aanvragen om toegang te krijgen tot de lager gelegen plaatsen, rekening houdend met de veiligheid en de wet van de hemelbescherming.

Observatorio del Teide

Astrofysica begon op de Canarische eilanden in de jaren ’60 in dit waarnemingscentrum, in Izaña (Tenerife), op 2400 meter hoogte. De eerste telescoop werd in gebruik genomen in 1964 om zodiakaal licht (licht dat wordt verspreid door interplanetair stof) te observeren.

De ‘Observatorio del Teide’ behoort samen met de ‘Observatorio del Roque de los Muchachos’ (op La Palma) tot het ‘Instituto de Astrofisica de Canarias’ (IAC).

Tegenwoordig bezitten ze telescopen en andere installaties die toebehoren aan 60 instellingen uit 19 landen. Deze waarnemingsgroep, samen met de beschikbare wetenschappelijke en technische faciliteiten van het ‘Instituto de Astrofisica’ in La Laguna (Tenerife) en het ‘Centro Común de Astrofisica de La Palma (CALP)’ van het IAC vormt het ‘European Northern Observatory’ (ENO).

Om ervoor te zorgen dat de astronomische kennis beschikbaar is voor iedereen worden er door het IAC activiteiten uitgevoerd, zoals het bezoeken van zowel de ‘Observatorio del Teide als het ‘Observatorio del Roque de los Muchachos’ door scholen of andere groepen. Het waarnemingscentrum van de Teide heeft reeds een eigen bezoekerscentrum, dat gevestigd is in een omgebouwde lege telescoopkoepel en volledig uitgerust is voor het moderne wetenschapsonderwijs. Er is plaats voor maximaal veertig bezoekers en het doel van het centrum is om aan schoolkinderen uit te leggen hoe een waarnemingscentrum werkt, hoe telescopen werken en hoe belangrijk astronomie in het algemeen voor ons is.

Het ‘Teide Observatory Residence’ (ontstaan in 1990) bestaat uit een reeks faciliteiten zoals slaapzalen, een keuken, een eetkamer, een ontvangstbureau, zitkamers, recreatieruimten, garages,… en werd ontworpen om al het wetenschappelijk en technisch personeel dat samenwerkt met het waarnemingscentrum van dienst te zijn.

Korte chronologische geschiedenis:

1956-1959: eerste astronomische expedities

1959: ontstaan van het ‘Observatorio del Teide’

1961: eerste Spaans astronomisch onderzoek (op Tenerife door Francisco Sánchez)

1964: de eerste professionele telescoop wordt geïnstalleerd in het ‘Observatorio del Teide’

1970: eerste inhuldiging van het ‘Observatorio del Teide’

1972: een infrarode telescoop (in die tijd een van de grootste ter wereld) wordt in gebruik genomen, de huidige naam van deze telescoop is ‘Carlos Sanchez’.

1975: ontstaan van het IAC (Instituto de Astrofisica de Canarias)

1979: Spanje ondertekent met Denemarken, Zweden en Groot-Brittannië een overeenkomst over de samenwerking in astrofysica, zo worden de ‘Observatorio del Teide’ en het ‘Observatorio del Roque de los Muchachos’ internationaal bekend.

1983: overeenkomst met Duitsland (er werden drie zonnetelescopen geïnstalleerd)

1985: officiële inhuldiging van het IAC, het ‘Observatorio del Teide’ en het ‘Observatorio del Roque de los Muchachos’ door leden van de koninklijke families van 5 landen (Spanje, Denemarken, Groot-Brittannië, Nederland en Zweden) en twee andere staatshoofden (van Duitsland en Ierland)

1988: overeenkomst met Frankrijk om de telescoop Themis te installeren

1991: eerste telescoop, de IAC-80, volledig in Spanje ontwikkeld en gemaakt door het IAC, wordt geïnstalleerd

1994: het European Space Agency (ESA) ondertekent een overeenkomst met het IAC om een telescoop voor optische telecommunicatie met satelliet te installeren, die ook kan gebruikt worden voor astronomische observaties.

2001: de telescoop STARE, eigendom van de VS, wordt geplaatst.

Toekomst:

telescoop STELLA (Duitsland)
telescoop Bradford
zonnetelescoop GREGOR

Sterrenwachten in België

Algemeen:

Volkssterrenwachten zijn er om het publiek een kans te geven een blik in het heelal te werpen. Ze informeren de geïnteresseerden over wat er zich in het heelal bevindt en wat er zich in afspeelt. De mensen die achter deze sterrenwachten staan zijn vaak amateur-astronomen die hun kennis graag willen doorgeven. Er worden verschillende opendeurdagen georganiseerd die de bezoekers extra kans geven om het heelal te observeren en kennis te maken met de werking in diverse centra. Veel sterrenwachten in België zijn privaat, maar er zijn er ook een viertal die openstaan voor het grote publiek, namelijk:

Mira in Grimbergen 

Eurplanetarium in Genk 

Beisbroek in Brugge 

Urania in Hove 

Er zijn ook een paar volkssterrenwachten in opbouw zoals Altair in Zoutleeuw  en daarnaast is er ook een staatsinstelling, namelijk de Koninklijke Sterrenwacht van België 

Urania:

De vaste telescopen in Urania hebben namen van striphelden zoals de verstooide professor Gobelijn uit de stripreeks Jommeke van Jef Nys, professor Barabas van Suske en Wiske door Willy Vandersteen en Adhemar, de slimme zoon van Nero uit de gelijknamige stripreeks van Marc Sleen.

Bronnen:

http://www/mira.be
http://www.eurplanetarium.be
http://www.beisbroek.be
http://www.urania.be
http://www.oma.be
http://www.sterrenwachtaltair.be/

Ines & Roberto