A légkör hatása az észlelésre

A NASA 2,1 milliárd dollárt költött, hogy elmeneküljön a Föld rossz kilátásért felelős légköréből; ennyibe került, hogy a Hubble űrteleszkópot keringési pályára állítsa. A kisebb költségvetésű amatőr csillagászoknak azonban nem kell kétségbe esniük, a légkör turbulenciáinak legrosszabb hatásait ki lehet küszöbölni, ha megértjük azok természetét – és megtanulunk néhány trükköt.

Hullámzó légkörünk aljáról feltekintve a csillagokra élőknek tűnnek: vibrálnak, izegnek-mozognak. Ritka az az éjszaka, amikor bármelyik távcső, függetlenül az átmérőjétől vagy optikai minőségétől 1 ívmásodpercnél finomabb részleteket tudna felbontani. A legtöbb helyen sokkal gyakoribb a 2-3 ívperces, vagy még rosszabb felbontási képesség. A bolygók homályosnak tűnnek nagy nagyításon és képtelenség fókuszba hozni őket.

Nem nehéz megérteni, miért van ez így. Optikailag jó minőségű távcsőnek azt hívjuk, amelyik a belépő fényt szépen negyed hullámhossz pontosságon belül tartja, amíg a hullám fókuszba kerül. Ugyanez a fényhullám, ha 1 méternyi levegőn halad át ami a tubusban van, 400 hullámhossznyival késleltetve kerül a fókuszba ahhoz képest, mintha vákuum lenne a távcső belsejében. Nyilvánvaló tehát, hogy a levegő fontos optikai elem.

Egy ideális világban úgy lenne helyes, ha a levegő a fényhullám minden részét azonos módon befolyásolná. Azonban ha a levegő fénytörő képessége a tubus egyik részén akár csak 1/1600-nyival is különbözik a tubus többi részén lévő levegő fénytörő képességétől, akkor az 1/4 hullámtűrés megsérül. Egy ilyen változáshoz elég mindössze 0,2 Celsius fok eltérés.

Ehhez adjunk még hozzá több kilométernyi levegőt, amelyen keresztül a fény a távcsövünkbe jut, és örüljünk, hogy egyáltalán bármi részletet láthatunk a légkörünkön kívüli objektumokból.

A levegő fényhajlító képessége, vagy törésmutatója a levegő sűrűségétől, ebből következtetve a hőmérsékletétől függ. Ahol a különböző hőmérsékletű légtömegek találkoznak, a köztük lévő határréteg örvényekké, fodrokká bomlik, amelyek gyenge, szabálytalan lencsékként működnek. Ezt a jelenséget láthatod a tábortűznél, vagy a napsütötte úton, ahol azok forró levegője a felettük lévő hidegebb levegővel kavarodik. Szeles időjárástól szenvedő légkörünk mindig tele van apró hőmérsékleti rendellenességekkel, és amikor a távcsövön keresztül nézelődsz, akkor ezek hatását felnagyítva látod.

A légköri problémák nagy része azonban meglepő módon a távcső közvetlen környezetében keletkezik, ahol lépéseket tudunk tenni ennek csökkentésére.

A távcső belsejében

A probléma többnyire a legrosszabb helyen, a tükörtől vagy lencsétől 1-2 centiméterre van. Amennyiben az objektív nem azonos hőmérsékleten van a környező éjszaka levegőjével, akkor szabálytalan, hullámzó levegőburokkal veszi körül magát, ami kicsit hidegebb (vagy melegebb) a külső hőmérsékletnél. Ugyanígy viselkedik a távcső többi alkatrésze is. Éppen ezért a leghatásosabb az, ha hagyunk időt a távcsőnek és optikájának, hogy átvegye a környezetének hőmérsékletét. Az amatőr csillagászok hamar megtanulják, hogy a távcső kitelepítése után legalább fél óra kell, hogy a kép kiélesedjen. A nagyobb távcsövek teljes lehűléséhez ennél sokkal több idő kell, érdemes velük jó korán kitelepülni.

250mm-es tükör hűlése során látható levegőáramlatok

A távcső általában túl meleg, ha beltéren tároljuk. Néha azonban fordítva történik mindez. Amikor a távcső elkezdeni gyűjteni a harmatot vagy fagyot, akkor tudhatod, hogy alacsonyabb hőmérsékletűre hűlt a légkörnél, köszönhetően annak, hogy a talaj már leadta hőenergiáját, a levegő még nem (az űr felé). Ebben az esetben egy gyenge fűtés nem csak megakadályozza a harmat lecsapódását az optikán, de közelebb is tartja azt a levegő hőmérsékletéhez – növelve annak felbontóképességét.

A távcsőben lévő meleg és hideg levegő áramlatai igazi teljesítménygyilkosok. A reflektorok (tükrös rendszerek) szenvednek igazán ettől a problémától, de a zárt rendszerű refraktorok és Schmidt-Cassegrain távcsöveknél is előfordul. A mai amatőr csillagászok egyetértenek abban, hogy a nyitott tubusú távcsövek jó szellőzését meg kell oldani. Ez azt jelenti, hogy a fő optikai egység körül elég teret kell hagyni, és a tubusnak legalább pár centire kívül kell esnie a fényúttól.

Ventilátor a tubus végén

Sokan ventilátort szerelnek a tükör mögé, ami segíti annak hűlését és a tubus belsejéből kiszívja az eltérő hőmérsékletű levegőáramlatokat. Erre a célra árulnak a távcsőboltok különböző méretű ventilátorokat, de egy számítógép ház hűtőventilátora is megteszi. Minél nagyobb, annál jobb, azonban a vibrációt ki kell küszöbölni, mondjuk vékony gumiszalagokkal belógatva a tubus oldalán lévő horgokon. A Newton távcsővel rendelkezőknél hasznos lehet, ha a tubus oldalába vágott lyukon keresztül szívjuk el a levegőt közvetlenül a tükör elől.

A távcső körül

Vannak olyan problémák, melyek a távcsövön kívülről befolyásolják a légköri turbulenciák mértékét. Például, a fényutat meg kell óvni a lélegzetünktől, testhőnktől. A távcső közvetlen környezetének alacsony hőkapacitással kell rendelkeznie, így nem tárolják el a nap melegét: a füves, bokros környezet például jobb, mintha a járdán állítanánk fel a távcsövet. Minél laposabb és egyenletesebb a növényzet, annál jobb. A fűtött épületek teljesen tönkreteszik a légkört, főleg, ha egy kémény felett nézünk át a távcsővel.

Amennyiben saját csillagdát építesz, vékony anyagokat használj, amik gyorsan lehűlnek: például OSB lap a fal helyett. Az építményt kívülről nagyon világos színűre, vagy fehérre fesd. Kaphatók hővisszaverő festékek is. A jó szellőzés is fontos. A csúsztatható tető sokkal jobb megoldás, mint a résnyi nyílású kupolák. Ha mégis kupola kell, akkor be kell szerelni egy nagy ventilátort az építmény oldalfalába.

A közeli talaj is rontja a látási viszonyokat, tehát ha van rá mód, érdemes megemelni a csillagdát. 1-2 méterrel közelebb a csillagokhoz is nagyon sokat tud javítani a látványon.

A magas légkör

Megérkeztünk a probléma elkerülhetetlen gyökeréhez. Nem sok mindent tehetünk többezer méter levegővel magunk felett. Viszont meg tudjuk jósolni, mikor és hol lesz a legnyugodtabb.

Az amatőr csillagászok a légköri nyugodtságot kétféleképp tudja jellemezni: lassú vagy gyors. A lassútól a bolygók és csillagok hullámzanak és kavarognak, a gyorstól pedig homályos labdává válnak. Előbbi esetén a szem képes követni a lassan mozgó részleteket, így azok megpillanthatók, utóbbi viszont meghaladja a szem válaszidejét.

Régi hagyományos módszer a légköri nyugodtság megállapítására a szabad szemes megfigyelés, mennyire pislákolnak a csillagok. A pislákolásért felelős turbulencia a talaj közeléből származik. Azonban a gyors, nagy magasságokban lévő turbulencia kijátssza ezt a tesztet. Amennyiben a csillag pislákolása gyorsabb, mint amit a szem követni tudna (a szem válaszideje 0,1 másodperc), akkor a csillag egyenletesen ragyogni látszik, hiába, hogy a távcsőben csak ködös labdaként látjuk majd.

A légörvények lencseként működnek, milliméterestől kezdve több méteresek is lehetnek, és tele van velük a légkör. A nagy, vagy lassú mozgású légörvények mindegy, hogy milyen méretűnek születtek, egyre kisebbekre törnek. Amikor végül milliméter nagyságúra darabokra törnek, elhalnak a légkörben és energiájuk hőként oszlik el a légkör viszkozitása révén.

Az amatőr csillagászok számára leginkább a közepes nagyságú, kb. 10 cm-es légörvény “lencsék” okozzák a legnagyobb problémát. Ezeknek a nagyobb távcsövekre sokkal komolyabb hatása van, mint a kisebbekre. Egy 100mm átmérőjű távcsőnél a 10cm-es, vagy nagyobb légörvények amikor áthaladnak a látómezőn a képet bár elmozdítják, de közben az érintetlen marad. Ugyanezek a légörvények egy 300mm-es távcsőnél több képet illesztenek egymásra.

Elterjedt nézet, hogy rossz légköri nyugodtság mellett a távcső apertúráját le kell blendézni (leszűkíteni), így állítólag több részletet lehet látni velük. Technikai szempontból van ebben egy kis igazság, de a gyakorlatban a javulás nem létezik. Valójában az mondható el, hogy egy igazán pocsék éjszakán a nagy és a kis távcső által látott kép ugyanolyan pocsék. Amikor a nagy távcsövet leblendézzük, akkor biztosak lehetünk benne, hogy megfosztjuk magunkat azoktól a részletektől, melyeket a nagy átmérővel látnánk amikor a légkör pár másodpercekre megnyugszik.

Léteznek olyan okok, amikor a távcsövet leblendézve élesebb képet kaphatunk. Ezek mindegyikére rossz megoldás a blendézés – és semmi közük a légkörhöz. Például ha egy bolygó túl nagy fénye elvakítja a szemed, segít a blende, de helyette inkább szűrőt kéne alkalmazni, ami jobban megoldja ezt. Lehet az is, hogy a blendézés elfedi a távcső optikai hibáit, de attól azok még ott vannak. Lehet, hogy egy gyengébb minőségű okulár jobban teljesít a blendézett apertúra által kevésbé lesz fényerős a távcső. A rossz kollimáció is kevésbé érezhető ekkor.

A nyugodt légkör nyomában

A légköri nyugodtság az időjárástól függ, de nem azoktól, amik az élet más területein okoznak gondot. Rosszak a látási viszonyok az időjárás változások előtt és után, részben felhős égen, szélben, vagy az évszakhoz mérten nagyon hidegben. Minden olyan időjárási minta, ami nyíró légtömegeket hoz az égboltunkra rossz hír. Jó látási viszonyok általában akkor vannak, amikor egy nagy nyomású rendszer megtelepedik, hogy tiszta égboltot biztosítson néhány napig. Érdemes látási viszony-időjárás állapot naplót vezetni, amiből kiderül, hogy földrajzi pozíciódnál milyen időjárás mellett milyenek a látási viszonyok.

A földrajzi helyzet kulcsfontosságú. Az egyenes, lamináris légáramlás az ideális, ilyen helyekre telepítik az obszervatóriumokat is. A hegytetők a legjobb helyek, ahol az uralkodó szél többezer kilométernyi sík, hűvös óceán felől érkezik. A hegy lejtőjén nem jó lenni, a csúcs a szélben turbulenciát okoz. Olyan helyen sem jó lenni, ahol a szél eltérő hőháztartással rendelkező tárgyakon át fújva ér el hozzád. Az egyenes síkság, vagy finoman ívelő dombok szele viszont majdnem ugyanolyan jó, mint az óceán felől érkező. Érdemes megtanulni, hogy földrajzi pozíciódnál milyen irányú szél hozza a legjobb szeleket.

Légkörünk legrombolóbb hatása alacsony horizont feletti magasságokon (<45°) érvényesül a legjobban, mert a fénynek sokkal nagyobb légtömegen kell átverekednie magát. Ezen felül nagyobb légköri diszperzióval kell szembenézni. Ez azt jelenti, hogy eltérő hullámhosszú fényt máshol látod, mint ahol valójában az van. Még 60° magasságban is egy kép legkékebb színei 0,9 ívmásodperccel a legvörösebb felett látszódik. A különbség 1.5″ 45°-nál, 2.5″ 30°-nál, és 5″ 15°-nál. A szem “szerencsére” nem annyira érzékeny a túl kék és túl vörös árnyalatokra, ezért ez a hatás nem látszik annyira vészesnek, mint amennyire valójában az. Itt jönnek képbe a színszűrők, amik minden színt kiszűrnek a kromatikus aberráció tömkelegéből, csak egyet nem, amire szükséged van. Használatukkal a kép sokkal élesebb lesz.

A légköri turbulenciákat leginkább türelemmel lehet legyőzni. Csak hosszan kell nézni az adott objektumot és a pillanatokra megszűnő zavargás lenyűgöző eredményeket fog mutatni. Ez az egyik oka annak, hogy a tapasztaltabb megfigyelők több részletet látnak meg mint a kezdők, mert egyszerűen tovább nézik az objektumot és elkapják a légkör nyugodt pillanatait. Sőt, a légkör nem csak másodpercekre, de akár percekre is meg tud nyugodni. Amikor eljön ez a tökéletes perc, az elhivatott megfigyelők ott vannak az okulár végén…

Írta: astroboy

Tóth Csaba vagyok, 33 éves. Tüsiként ismerhet a Csillagváros (a Magyar Csillagászati Egyesület hivatalos fóruma) népe, ahol moderátorként tevékenykedem.