Vakare, kai sutemsta, dangus sužaižaruoja, sakytum, nesuskaičiuojama daugybe žvaigždžių. Stebétojas pasijunta tarsi būtų po milžinišku kupolu. Įspūdis labai stiprus, ir visiškai natūralu, kad kadaise manyta, jog iš tikrųjų Žemę gaubia reali žvaigždžių nusagstyta sfera. Dabar gerai žinoma: žvaigždės − tai tolimos saulės, nutolusios nuo Žemės įvairiausiais atstumais. Tada žvaigždės padėjo žmonėms sekti laiką, numatyti sezoninių darbų pradžią, orientuotis tolimose kelionėse.
Norint tiksliai apibūdinti dangaus šviesulių padėtį ir matuoti jų aukštį virš horizonto, būtina suprasti dangaus sferos ir koordinačių sistemų principus. Šiame straipsnyje apžvelgsime įvairius astronominius prietaisus, naudojamus aukščio matavimui, pradedant nuo lauko matavimams skirtų optinių niveliavimo prietaisų ir baigiant moderniais teleskopais, leidžiančiais tyrinėti tolimus kosmoso objektus. Aptarsime jų veikimo principus, panaudojimo sritis ir svarbiausius priedus.
Dangaus sfera ir koordinačių sistemos
Stebėtojas apibūdina dangaus šviesulius visų pirma kryptimis, kuriomis jis tuos šviesulius mato. Kampai tarp tų krypčių nusako šviesulių tarpusavio padėtis. Praktikoje patogiau kryptis pakeisti taškais - šviesulių projekcijomis į regėjimo įspūdžio sukurtą sferinį paviršių. Dangaus sfera − tai įsivaizduojama neriboto spindulio sfera, kurios centras gali būti bet kuriame erdvės taške. Šioje sferoje dangaus šviesuliai vaizduojami taip, kaip jie matomi iš to taško − sferos centro. Toliau dangaus sferos centrą susiesime su realaus stebėtojo, esančio Žemės paviršiuje, akimi. Matavimai dangaus sferoje atliekami tiktai lanko arba kampo matais. Konkrečios šviesulių padėtys nusakomos tam tikrų įsivaizduojamų dangaus sferos taškų bei apskritimų atžvilgiu.
Pagrindiniai dangaus sferos elementai
Pagrindiniai dangaus sferos elementai yra šie:
- Zenitas (Z) ir Nadyras (Z'): Vertikalioji linija, išvesta per stebėtojo akį, kerta dangaus sferą dviejuose diametraliai priešinguose taškuose: zenite Z ir nadyre Z' (arab. nadir − esantis priešais). Zenitas yra tiesiai virš galvos, o nadyrą užstoja Žemės rutulys.
- Matematinis horizontas (SWNE): Didysis dangaus sferos apskritimas, kurio plokštuma yra statmena vertikaliajai linijai, vadinamas matematiniu, arba tikruoju horizontu. Matematinio horizonto negalima tapatinti su regimuoju, arba fiziniu horizontu, t.y. linija, kuria, kaip mums atrodo, dangus liečiasi su Žemės paviršiaus dariniais.
- Dangaus ašis (PP') ir dangaus poliai (P ir P'): Linija PP', apie kurią sukasi dangaus sfera, vadinama dangaus ašimi. Taškai, kuriuose ši ašis kerta dangaus sferą, vadinami dangaus poliais. Šiaurinis dangaus polius P yra maždaug 1° atstumu nuo šviesios Mažųjų Grįžulo Ratų žvaigždės, vadinamos Šiaurine žvaigžde.
- Dangaus pusiaujas (QWQ'E): Didysis dangaus sferos apskritimas, kurio plokštuma yra statmena dangaus ašiai (lygiagreti Žemės pusiaujo qq' plokštumai), vadinamas dangaus pusiauju. Dangaus pusiaujas dalija dangų į dvi lygias dalis: šiaurinę ir pietinę.
- Dangaus lygiagretės (pvz., ab): Mažieji dangaus sferos apskritimai, kurių plokštumos yra lygiagrečios dangaus pusiaujo plokštumai, vadinami dangaus, arba parinėmis lygiagretėmis.
- Dangaus dienovidinis (PZQSP'Z'Q'N): Didysis dangaus sferos apskritimas, kurio plokštuma eina per vertikaliąją liniją ir dangaus ašį, vadinamas dangaus dienovidiniu. Šviesulio perėjimas per dangaus dienovidinį vadinamas jo kulminacija. Skiriama viršutinė kulminacija ir apatinė kulminacija.
Horizontinė koordinačių sistema
Dangaus šviesulių (dangaus sferos taškų) padėtys nusakomos dviem sferinėmis koordinatėmis, t.y., dviem didžiųjų dangaus sferos apskritimų lankais, atskaitomais nuo pasirinktų pagrindinių dangaus sferos elementų. Horizontinėje sistemoje šviesulių padėtis nustatoma matematinio horizonto ir dangaus dienovidinio atžvilgiu. Koordinačių tinklą sudaro vertikalai, arba aukščio apskritimai, ir almukantarai (arab. al muqantar - skliautuotas), arba vienodo aukščio apskritimai.
- Vertikalai vadinami didieji dangaus sferos pusapskritimiai, nubrėžti nuo zenito iki nadyro.
- Almukantarai - mažieji dangaus sferos apskritimai, kurių plokštumos yra lygiagrečios su matematinio horizonto plokštuma.
Horizontinėje koordinačių sistemoje šviesulio M padėtį nusako aukštis h ir azimutas A (arab. as sumut - kryptys). Aukščiu h vadinamas vertikalo ZMmZ', išvesto per šviesulį, lankas mM nuo matematinio horizonto iki šviesulio. Azimutu A - matematinio horizonto lankas Sm nuo pietų taško S iki šviesulio vertikalo ir horizonto susikirtimo taško m. Dažnai vietoje aukščio h naudojama kita koordinatė - zenitinis nuotolis z.
- Aukštis h matuojamas į abi puses nuo matematinio horizonto nuo 0° iki ±90°: virš horizonto nuo 0° iki +90°, o po horizontu nuo 0° iki -90°.
- Zenitinis nuotolis matuojamas nuo zenito nadyro link nuo 0º iki 180°. Visada h = 90° - z.
- Azimutas A matuojamas nuo pietų taško S į vakarus nuo 0° iki 360°. Kartais azimutas matuojamas nuo pietų taško į vakarus nuo 0° iki +180° ir į rytus nuo 0° iki -180°.
Prietaisai kampams ir aukščiams matuoti
Šviesulio azimutas ir zenitinis nuotolis (rečiau aukštis) išmatuojami tiesiogiai su specialiais kampų matavimo prietaisais, panašiais į geodeziniams darbams naudojamą prietaisą - teodolitą.
Kas yra teodolitas?
Optiniai nivelyrai ir jų panaudojimas
Lauko matavimams naudojami optiniai nivelyrai su kompensatoriais. Jie leidžia nustatyti aukščio skirtumus (vertikalius atstumus tarp nutolusių taškų), kampus horizontalioje plokštumoje ir atstumus iki objektų. Šie prietaisai plačiai naudojami geodezijos, statybos ir kraštovaizdžio darbuose. Ermenrich PL30 ir PL40 optiniai nivelyrai gali išmatuoti vertikalųjį lygį (aukščių skirtumą) tarp dviejų vienas nuo kito nutolusių taškų, kampus horizontalioje plokštumoje ir atstumą iki objekto. Ermenrich PL40 naudoja švytuoklinį kompensatorių su magnetiniu slopintuvu, kad efektyviau sumažintų vibracijas nei panašūs prietaisai, naudojantys oro slopintuvą.
Optinių nivelyrų priedai
Norint efektyviai naudoti optinius nivelyrus, reikalingi specialūs priedai, tokie kaip bokšto liniuotės ir trikojai:
- Ermenrich Reel TWR3 ir TWR5 bokšto liniuotės: Šios teleskopinės liniuotės, pagamintos iš lengvo aliuminio, skirtos dirbti su nivelyrais ir nustatyti aukščio skirtumus. Ermenrich Reel TWR3 ilgis svyruoja nuo 1,14 iki 3 metrų, todėl ją lengva laikyti ir neštis. Ermenrich Reel TWR5 yra kompaktiškai susilankstanti, todėl patogi transportuoti.
- Ermenrich PLT30 trikojis: Šis trikojis skirtas montuoti statybinę ar geodezinę įrangą, įskaitant nivelierius ir juostinius matuoklius. Teleskopinė konstrukcija leidžia keisti aukštį nuo 930 iki 1580 milimetrų. Aliuminio kojelės su atramomis užtikrina stabilumą montuojant ant žemės.
- Ermenrich Reel TWR30 Extension Rod: Šis ilgas, penkių sekcijų tarpiklis yra vertingas priedas dažnai naudojantiems lazerinius nivelyrus. Jis montuojamas vertikaliai, apatinė dalis remiasi į grindis, o viršutinė - pritvirtinta prie lubų.
- Ermenrich Reel TWR40: Tai teleskopinis strypas, kurio maksimalus aukštis yra 3,96 m. Jis naudojamas lazerinių nivelyrų montavimui ir aukščio reguliavimui atliekant statybos darbus patalpose.
Teleskopai ir jų montuotės
Teleskopai yra galingi instrumentai, leidžiantys stebėti dangaus kūnus ir matuoti jų padėtį danguje. Jie naudojami ne tik astronomijoje, bet ir geodezijoje bei navigacijoje.
Pusiaujo montuotės ir poliariniai veidrodžiai
Dėl Žemės sukimosi, dangaus kūnai, stebimi iš Žemės paviršiaus, atrodo, juda apskritaisiais judesiais. Norint ilgą laiką sekti dangaus kūną, būtina sinchronizuoti teleskopo judėjimą su dangaus kūno judėjimu, neutralizuojant Žemės sukimosi įtaką. Įrenginys, skirtas šiai idėjai įgyvendinti, yra pusiaujo montuotė. Pusiaujo montuotę sudaro dvi ašys, kurios yra statmenos viena kitai. Skirtumas nuo įprastų montuočių yra tas, kad šios dvi ašys nėra horizontalios ir vertikalios krypties. Viena ašis yra nukreipta į dangaus polių (lygiagrečiai su Žemės sukimosi ašimi), o kita ašis yra statmena pirmajai.
Ašis, nukreipta į dangaus stulpą, vadinama rektascensijos ašimi. Pasukus teleskopą aplink šią ašį, galima sekti dangaus kūnų judėjimą rytuose ir vakaruose. Ašis, statmena rektascensijos ašiai, vadinama deklinacijos ašimi. Teoriškai, jei rektascensijos ašis tiksliai nukreipta į šiaurinį dangaus polių, radus dangaus kūną, deklinacijos ašis gali būti užrakinta, nes stebint dangaus kūną nereikia jokio sukimosi deklinacijos kryptimi. Kai kuriuose pusiaujo instrumentuose yra nedidelis teleskopas rektascensijos ašyje, vadinamas poliariniu veidrodžiu. Poliarinis veidrodis padeda nustatyti šiaurinį dangaus stulpą polinio veidrodžio lauko centre.
Pavyzdinis teleskopas ir jo priedai
ISA Space Exploration NASA teminis teleskopas AR-102L/1350 EXOS-1/EQ4 yra refraktorinis teleskopas, suteikiantis ryškų planetų vaizdą su itin maža spalvų aberacija. Optika suteikia ryškų, beveik trimatį vaizdą. Teleskopas tiekiamas su įvairiais astronomijos priedais:
- Aukštos kokybės Hexafoc fokusatorius leidžia naudoti pridedamą 26 mm okuliarą ir papildomus okuliarus (nepridedamas), kurių cilindro skersmuo 50,8 mm arba 31,7 mm.
- Išmaniojo telefono adapteris ant rankenos ir Stellarium astronomijos programinė įranga palengvina navigaciją.
- 6x30 ieškiklis su kryžminiu okuliaru ir optimizuotu ieškiklio laikikliu leidžia greitai ir lengvai rasti savo taikinius.
- Pusiaujo laikiklis padeda matyti dangaus objektus. Sulygiavus su Šiaurės žvaigžde, t. y. sulygiavus vieną ašį lygiagrečiai Žemės ašiai, jums tereikia pakoreguoti vieną ašį, kad galėtumėte sekti savo taikinius. Du lankstūs velenai su tiksliai reguliuojamu nustatymu ir sekimu palengvina. Platumos skalė, skirta platumai nustatyti, ir mastelio graduoti apskriti žiedai dar labiau supaprastina teleskopo naudojimą.
Kiti optiniai prietaisai stebėjimams
Be optinių nivelyrų ir teleskopų, aukščio matavimui ir stebėjimui naudojami ir kiti optiniai prietaisai, tokie kaip žiūronai ir naktinio matymo įranga.
Žiūronai
Žiūronai yra vieni populiariausių optinių prietaisų, naudojamų tiek profesionalų, tiek mėgėjų. Jie leidžia stebėti objektus iš didesnio atstumo, suteikdami didesnį ir detalesnį vaizdą. Žiūronai skirstomi į įvairius tipus, priklausomai nuo paskirties ir techninių charakteristikų:
- Vaikiški žiūronai: Tai nedideli, lengvi ir patogūs naudoti žiūronai, skirti vaikams. Pavyzdžiui, Bresser Junior serijos žiūronai suteikia 3 kartus didesnį vaizdą ir yra puikūs stebėti gyvūnus gamtoje.
- Žiūronai gamtai ir medžioklei: Šie žiūronai yra skirti stebėti gamtą, paukščius ir gyvūnus. Delta Forest II serijos žiūronai yra azotu užpildyti, atsparūs vandeniui ir drėgmei, turi daugiasluoksnes dangas, užtikrinančias aukštą vaizdo kokybę. Kiti pavyzdžiai: Celestron Nature DX 12×56, Delta Optical Discovery 8×40.
- Astronominiai žiūronai: Šie žiūronai yra skirti dangaus kūnų stebėjimui. Celestron SkyMaster Pro ED serijos žiūronai pasižymi puikia optika, BaK-4 prizmėmis ir ED stiklu, užtikrinančiu aukštos kokybės vaizdą.
- Šiluminio matymo žiūronai: Šie žiūronai leidžia matyti šilumą skleidžiančius objektus net visiškoje tamsoje. ATN BinoX 4T serijos žiūronai turi ypač jautrius jutiklius ir lazerinius nuotolio ieškiklius.
- Naktinio matymo žiūronai: Šie žiūronai leidžia matyti vaizdus prieblandoje arba esant silpnam apšvietimui. ATN BinoX 4K serijos žiūronai turi Ultra HD jutiklius ir pažangius procesorius, užtikrinančius gerą vaizdo kokybę.
Žiūronų priedai
Yra įvairių priedų, skirtų pagerinti žiūronų naudojimą ir patogumą:
- Išmaniojo telefono adapteriai: Šie adapteriai leidžia pritvirtinti išmanųjį telefoną prie žiūronų ar teleskopų okuliaro, kad būtų galima fotografuoti ar filmuoti stebimus objektus.
- Dirželiai-petnešos: Šie dirželiai leidžia patogiai nešioti žiūronus ilgą laiką, sumažinant kaklo skausmą ir užtikrinant stabilumą judant.
Žiūronų techninės charakteristikos
Renkantis žiūronus, svarbu atkreipti dėmesį į šias technines charakteristikas:
- Didinimas: Parodo, kiek kartų žiūronai padidina stebimą vaizdą. Didesnis didinimas leidžia matyti toliau esančius objektus, tačiau sumažina matymo lauką ir gali būti sunkiau išlaikyti stabilų vaizdą.
- Objektyvo skersmuo: Nurodo objektyvo, kuris surenka šviesą, skersmenį milimetrais. Didesnis objektyvo skersmuo leidžia žiūronams surinkti daugiau šviesos, todėl vaizdas yra ryškesnis ir detalesnis, ypač esant silpnam apšvietimui.
- Matymo laukas: Parodo, kokį plotą galima matyti per žiūronus iš tam tikro atstumo. Platesnis matymo laukas leidžia lengviau sekti judančius objektus.
- Šviesingumas: Apskaičiuojamas pagal formulę (objektyvo skersmuo / didinimas)^2. Didesnis šviesingumas reiškia, kad žiūronai surenka daugiau šviesos ir vaizdas yra ryškesnis esant silpnam apšvietimui.
- Prizmės tipas: Žiūronuose naudojami du pagrindiniai prizmių tipai: Porro ir Roof. Porro prizmės yra senesnė technologija, tačiau jos užtikrina geresnį vaizdo ryškumą ir kontrastingumą. Roof prizmės yra kompaktiškesnės ir lengvesnės, tačiau gali būti brangesnės.
- Lęšių dangos: Ant lęšių dedamos specialios dangos, kurios sumažina šviesos atspindžius ir padidina šviesos pralaidumą. Pilnai daugiasluoksnės dangos (FMC) yra geriausias pasirinkimas, nes jos užtikrina aukščiausią vaizdo kokybę.
- Atsparumas vandeniui ir drėgmei: Jei planuojate naudoti žiūronus lauko sąlygomis, svarbu pasirinkti modelį, kuris yra atsparus vandeniui ir drėgmei.
Monokliai
Monokliai yra kompaktiški ir lengvi optiniai prietaisai, skirti stebėti objektus viena akimi. Jie yra patogūs nešiotis ir puikiai tinka stebėjimams kelionėse, žygiuose ar sporto renginiuose.
- Šiluminio matymo monokliai: Šie monokliai leidžia matyti šilumą skleidžiančius objektus tamsoje. Pavyzdžiui, ATN OTS LT serijos monokliai turi didelio jautrumo šiluminius detektorius ir yra skirti naudoti lauko sąlygomis.
- Naktinio matymo monokliai: Šie monokliai leidžia matyti vaizdus prieblandoje arba esant silpnam apšvietimui. Omegon Alpheon-NV 5x40 skaitmeninis naktinio matymo prietaisas leidžia aptikti objektus iki 200 metrų atstumu net tamsiausią naktį.
Naktinio ir šiluminio matymo įranga
Naktinio matymo įranga leidžia stebėti objektus tamsoje. Ji gali būti naudojama įvairiose srityse, įskaitant medžioklę, stebėjimą ir paieškos bei gelbėjimo operacijas.
- Šiluminio matymo priedėlis Liemke LUCHS-2 siūlo aukštą skiriamąją gebą, didelį aptikimo atstumą ir atsparumą smūgiams. Jis turi WiFi ryšį, įrašymo atmintį ir įvairius spalvinius režimus.
- Šiluminio matymo žiūronai ATN BinoX 4T yra išmanūs HD terminiai žiūronai su lazeriniu nuotolio ieškikliu, ypač jautriu 4 generacijos jutikliu ir galimybe įrašyti vaizdo failus.
- Naktinio matymo monoklis Omegon Alpheon-NV 5×40 leidžia aptikti objektus iki 200 metrų atstumu net tamsiausią naktį.
tags: #astronominis #prietaisas #skirtas #matuoti #dangaus #kunu