In juni 1889, ongeveer een jaar voor zijn vroegtijdige dood, voltooide de briljante Nederlandse postimpressionist Vincent Van Gogh woedend De sterrennacht tijdens een verblijf in het klooster Saint-Paul de Mausole, een geestelijk gesticht in Zuid-Frankrijk. Het schilderij toont een bescheiden dorp, genesteld tussen de blauwe rust van golvende heuvels en een magische hemel gevuld met komeetvormige wolken en cartwheelsterren ter grootte van reuzenrad. Hoewel Van Gogh tijdens zijn leven maar één schilderij verkocht, is dit onschatbare kunstwerk een icoon geworden. Daarin legde hij een kinderlijk wonder vast dat volwassenen kunnen herkennen voor wie er niet buiten heeft gestaan en wordt beïnvloed door fonkelende sterren die boven hun hoofd vieren. Mooie deep space-beelden kunnen soortgelijke opwinding opwekken bij astronomische enthousiasten. De fotografen die ze maken, zijn echter meer geïnteresseerd in de sterren als ze vredig zijn.
De sterrennacht (1889) was niet het enige schilderij dat Van Gogh maakte met het nachtelijke firmament. Dit canvas was zelfs niet zijn favoriet, omdat het niet zo realistisch was als hij oorspronkelijk had verwacht. Zo produceerde hij een jaar eerder De Sterrennacht boven de Rhône (1888) en Cafe terras bij nacht (1888). Beide hebben gemeenschappelijke elementen, maar ze zijn ook allemaal uniek - de eerdere versies bevatten mensen en de sterren nemen bijvoorbeeld een verminderde rol op. Desalniettemin hebben alle drie deze werken miljoenen in de ban gehouden en elke dag verdringen honderden kunstliefhebbers zich in hun respectievelijke musea om persoonlijke interpretaties te geven aan zichzelf en anderen die willen luisteren.
Interessant is dat wat gedenkwaardige kunst maakt, ook kan leiden tot vergeetbare astronomische afbeeldingen. Meer specifiek: het oogverblindende vuurwerk in elk van de schilderijen van Van Gogh vertegenwoordigt glinsterende en fonkelende sterren.
We leven op de bodem van een oceaan van gassen die voornamelijk bestaat uit stikstof (78%), zuurstof (21%) en argon (1%) plus een groot aantal andere componenten, waaronder water (0 - 7%), 'broeikasgassen' of ozon (0-0,01%) en kooldioxide (0,01-0,1%). Het strekt zich opwaarts uit vanaf het aardoppervlak tot een hoogte van ongeveer 560 mijl. Vanuit de baan om de aarde gezien, verschijnt onze atmosfeer als een zachtblauwe gloed net boven de horizon van onze planeet. Alles wat we waarnemen dat buiten onze planeet bestaat - de zon, maan, nabijgelegen planeten, sterren en al het andere - wordt bekeken via dit tussenliggende medium dat we de atmosfeer noemen.
Het is constant in beweging en verandert de dichtheid en compositie. De dichtheid van de atmosfeer neemt toe naarmate het het aardoppervlak nadert, hoewel dit helemaal niet uniform is. Het werkt ook als een prisma wanneer licht doorloopt. Lichtstralen zijn bijvoorbeeld gebogen wanneer ze door gebieden met verschillende temperaturen gaan en buigen naar de koudere lucht omdat deze dichter is. Omdat warme lucht stijgt en koelere lucht daalt, blijft de lucht turbulent en dus veranderen lichtstralen vanuit de ruimte constant van richting. We zien deze veranderingen als twinkelende sterren.
Dichter bij de grond kunnen koelere of warmere winden die horizontaal waaien ook snelle luchtdichtheidsveranderingen veroorzaken die het pad dat licht inslaat willekeurig veranderen. Dus wind die uit de vier hoeken waait, draagt ook bij aan het schudden van sterren. Maar de lucht kan er ook voor zorgen dat de sterren snel van focus veranderen, waardoor ze plotseling dimmen, helderder worden of van kleur veranderen. Dit effect wordt scintillatie genoemd.
Interessant is dat de lucht in beweging kan zijn, hoewel we de wind niet kunnen voelen - windkrachten hoog boven ons hoofd kunnen ook de sterren doen trillen. Zo verandert de straalstroom, een strook met relatief smalle bolstromen die zich ongeveer zes tot negen mijl hoger bevinden, voortdurend van locatie. Het waait over het algemeen van west naar oost, maar de relatieve noord-zuidpositie blijft constant herzien. Dit kan resulteren in zeer onstabiele atmosferische omstandigheden die niet op de grond kunnen worden waargenomen, maar de straalstroom zal een lucht produceren die gevuld is met twinklers als deze over uw locatie stroomt!
Omdat planeten dichterbij zijn dan sterren, kan hun grootte worden gezien als een schijf die groter is dan de brekingsverschuiving veroorzaakt door windturbulentie. Daarom fonkelen ze zelden of doen ze dat alleen onder de extreme omstandigheden. Bijvoorbeeld, zowel sterren als planeten worden door veel dikkere lagen van de atmosfeer bekeken wanneer ze zich dichtbij de horizon bevinden dan wanneer ze boven hun hoofd zijn. Daarom zullen beide glinsteren en dansen terwijl ze opkomen of ondergaan omdat hun licht door veel dichtere hoeveelheden lucht gaat. Een soortgelijk effect treedt op bij het bekijken van stadslichten op afstand.
Het fonkelen dat we zien op met sterren bezaaide nachten wordt honderden keren vergroot door een telescoop. Fonkelen kan zelfs de effectiviteit van deze instrumenten ernstig verminderen, omdat alles wat kan worden waargenomen onscherp is, willekeurig bewegende lichtvlekken. Bedenk dat de meeste astronomische foto's worden gemaakt door de camerasluiter minuten of uren open te houden. Net zoals je je onderwerp eraan moet herinneren om stil te staan tijdens het maken van hun foto, willen astronomen dat de sterren onbeweeglijk blijven, anders worden hun foto's ook besmeurd. Een van de redenen waarom observatoria zich op bergtoppen bevinden, is om de hoeveelheid lucht te verminderen waar hun telescopen doorheen moeten turen.
Astronomen noemen het effect van atmosferische turbulentie zien. Ze kunnen het effect op hun zicht op de ruimte meten door de diameter van fotografische sterren te berekenen. Als de foto van een ster bijvoorbeeld zou kunnen worden gemaakt met een onmiddellijke belichting, zou de ster in theorie als een enkel lichtpunt verschijnen, aangezien tot nu toe geen telescoop de werkelijke schijf van een ster kan oplossen. Maar voor het maken van stellaire beelden is een lange belichtingstijd nodig en terwijl de sluiter van de camera open is, zal fonkelen en sprankelen ervoor zorgen dat de ster ronddanst en in en uit focus beweegt. Omdat de draaiingen willekeurig zijn, zal de ster de neiging hebben om een rond patroon te creëren dat symmetrisch is aan alle kanten van zijn ware locatie in het midden.
Dit kunt u zelf aantonen als u even de tijd heeft en nieuwsgierig bent. Als je bijvoorbeeld een potlood of een magische marker met een korte draad aan een speld neemt die in een stuk karton of heel zwaar papier is geplakt, dan moet je het schrijfinstrument ronddraaien zonder de speld te verwijderen, na verloop van tijd zou je iets creëren dat lijkt ongeveer op een cirkel. Je cirkelvormige doodle is het resultaat omdat de string je maximale afstand van de centrale pin beperkt. Hoe langer de snaar, hoe groter de cirkel. Sterren gedragen zich zo als hun licht wordt vastgelegd op een foto met een lange belichtingstijd. Goed zien zorgt voor een korte optische snaar (slecht zien maakt de snaar langer), de ware locatie van de ster wordt een centrale pin en de ster gedraagt zich als een schrijfinstrument waarvan het licht een merkteken achterlaat op de beeldchip van de camera. Dus hoe slechter het zien en hoe meer dans tijdens de belichting, hoe groter de schijf die op het uiteindelijke beeld verschijnt.
Slecht zien zorgt er dus voor dat sterformaten groter lijken op foto's dan die gemaakt tijdens goed zien. Het zien van metingen wordt Full Width Half Maximum of genoemd FWHM. Het is een verwijzing naar de best mogelijke hoekresolutie die kan worden bereikt door een optisch instrument bij een lange belichtingstijd en komt overeen met de diameter van de ster. De beste waarneming geeft een FWHM-diameter van ongeveer vier (.4) boogseconden. Maar om dit te krijgen, moet u zich op een hooggelegen observatorium of op een klein eiland, zoals Hawaï of La Palma, bevinden. Zelfs deze locaties hebben slechts zelden dit type van zeer hoge kwaliteit.
Ook amateurastronomen maken zich zorgen over het zien. Doorgaans moeten amateurs de omstandigheden zien die honderden keren erger zijn dan de beste die worden waargenomen bij afgelegen astronomische installaties. Het is als het vergelijken van een erwt met een honkbal in de meest extreme gevallen. Dit is de reden waarom amateurfoto's van de hemel sterren hebben die veel groter in diameter zijn dan die van professionele observatoria, vooral wanneer astronomen in de achtertuin telescopen gebruiken met lange brandpuntsafstanden. Het kan ook worden herkend in breedveld, korte brandpuntsafstand, niet-professionele beelden wanneer ze worden vergroot of bestudeerd met een vergrootglas.
Amateurs kunnen stappen ondernemen om hun zicht te verbeteren door het temperatuurverschil tussen lokale warmtebronnen en de lucht boven hun telescopen te elimineren. Zo maken amateurs hun instrumenten vaak net na zonsondergang buiten klaar en laten het glas, plastic en metaal erin dezelfde temperatuur krijgen als de omgevingslucht. Recente onderzoeken hebben ook aangetoond dat veel zichtproblemen net boven de primaire spiegel van de telescoop beginnen. Aangetoond is dat een constante, zachte stroom van lucht die over de primaire spiegel stroomt, het telescopisch zien aanzienlijk verbetert. Voorkomen dat lichaamswarmte voor de telescoop stijgt, helpt ook en het plaatsen van het instrument op een thermisch vriendelijke locatie, zoals een open grasveld, kan verrassende resultaten opleveren. Open-zijdige telescopen zijn ook superieur aan die met primaire spiegels onderaan een buis.
Professionele astronomen hebben ook verbeteringsstrategieën. Maar hun oplossingen zijn doorgaans extreem duur en verleggen de grenzen van moderne technologie. Omdat de atmosfeer onvermijdelijk slecht zicht oplevert, is het niet langer vergezocht om te overwegen een telescoop erboven in een baan om de aarde te plaatsen. Daarom werd de Hubble-ruimtetelescoop gebouwd en gelanceerd vanaf Cape Canaveral aan boord van de Space Shuttle Uitdager in april 1990. Hoewel de primaire spiegel slechts een diameter van ongeveer honderd centimeter heeft, produceert hij scherpere beelden dan elke telescoop op aarde, ongeacht hun grootte. In feite zijn de Hubble-ruimtetelescoopbeelden de maatstaf waaraan alle andere telescoopbeelden worden gemeten. Waarom zijn ze zo scherp? Hubble-foto's worden niet beïnvloed door zien.
De technologie is aanzienlijk verbeterd sinds de Hubble-ruimtetelescoop in gebruik is genomen. In de tussenliggende jaren sinds de lancering heeft de Amerikaanse regering hun methode voor het verscherpen van de zichtbaarheid van spionagesatellieten die de aarde in de gaten houden, gedeclasseerd. Het heet adaptieve optica en het heeft een revolutie teweeggebracht in astronomische beelden.
In wezen kunnen de effecten van het zien teniet worden gedaan als je de telescoop een duw geeft of de focus ervan verandert in precies de tegenovergestelde richting van de nasties die door de atmosfeer worden veroorzaakt. Dit vereist snelle computers, subtiele servomotoren en flexibele optica. Al deze werden mogelijk in de jaren '90. Er zijn twee professionele basisstrategieën om de effecten van slechtzienden te verminderen. De ene verandert de curve van de primaire spiegel en de andere beweegt het lichtpad dat de camera bereikt. Beiden vertrouwen op het monitoren van een referentiester nabij de positie die de astronoom waarneemt en door op te merken hoe de referentie wordt beïnvloed door zien, kunnen snelle computers en servomotoren optische veranderingen op de hoofdtelescoop introduceren. Er wordt een nieuwe generatie grote telescopen ontworpen of gebouwd waarmee instrumenten op de grond ruimtefoto's kunnen maken die de Hubble-telescoop evenaren.
Een methode omvat honderden kleine mechanische zuigers die zich onder en verspreid over de achterkant van een relatief dunne primaire spiegel bevinden. Elke zuigerstang duwt de achterkant van de spiegel een klein beetje zodat de vorm voldoende verandert om de waargenomen ster terug naar het midden en perfect in focus te brengen. De andere benadering die wordt gebruikt met professionele telescopen is iets minder ingewikkeld. Het introduceert een kleine flexibele spiegel of lens dicht bij de camera waar de lichtkegel relatief klein en geconcentreerd is. Door de kleine spiegel of lens in tegengestelde richting te kantelen of te kantelen met het fonkelen van de referentiester, kunnen zichtproblemen worden geëlimineerd. De optische aanpassingen die door beide oplossingen worden geïnitieerd, worden tijdens de observatiesessie constant gemaakt en elke wijziging vindt plaats in een fractie van een seconde. Vanwege het succes van deze technologieën worden enorme telescopen op het land nu mogelijk geacht. Astronomen en ingenieurs stellen zich telescopen voor met lichtverzamelende oppervlakken zo groot als voetbalvelden!
Interessant is dat amateurastronomen ook toegang hebben tot eenvoudige adaptieve optica. Een bedrijf, met het hoofdkantoor in Santa Barbara, Californië, was een pionier in de ontwikkeling van een eenheid die de effecten van slechtziende of verkeerd uitgelijnde telescoopsteunen kan verminderen. De adaptieve optische apparaten van het bedrijf werken samen met zijn astronomische camera's en gebruiken een kleine spiegel of lens om het licht te verschuiven dat de beeldchip bereikt.
Astronoom Frank Barnes III was ook bezorgd om te zien wanneer hij dit opvallende beeld produceerde van een sterrenhoop en nevel in het sterrenbeeld Cassiopeia. Het is een klein deel van de Zielnevel, die in J.L.E. Dreyers mijlpaal tweede Index Catalog (IC) (gepubliceerd in 1908 als aanvulling op zijn originele New General en eerste Index-compilaties).
Frank meldde dat zijn zicht gunstig was en dat hij sterformaten produceerde met een FWHM van tussen de 1,7 en 2,3 ″ over elk van zijn eenendertig opnamen van dertig minuten. Let op de grootte van de sterren in deze afbeelding - ze zijn erg klein en strak. Dit is een bevestiging van redelijk goed zien!
Trouwens, de kleuren op deze foto zijn kunstmatig. Zoals veel astronomen die geplaagd worden door lokale lichtvervuiling 's nachts, heeft Frank zijn foto's belicht met speciale filters die alleen het licht van bepaalde elementen toelaten om de detector van zijn camera te bereiken. In dit voorbeeld staat rood voor natrium, groen voor waterstof en blauw onthult de aanwezigheid van zuurstof. Kortom, deze foto laat niet alleen zien hoe dit gebied in de ruimte eruit ziet, maar ook waar het van gemaakt is.
Het is ook opmerkelijk dat Frank deze opmerkelijke foto tussen 2 en 4 oktober 2006 heeft gemaakt met een astronomische camera van 6,3 megapixels en een 16-inch Ritchey-Chretien-telescoop.
Heeft u foto's die u wilt delen? Plaats ze op het astrofotografieforum van Space Magazine of e-mail ze, en misschien plaatsen we er een in Space Magazine.
Geschreven door R. Jay GaBany
