Szabados László
Négy évszázad csillagászati távcsővel

Talán véletlen egybeesés, de az égbolt első távcsöves megfigyeléseivel nagyjából egy időben születtek meg az égitestek mozgását leíró Kepler-törvények. (Johannes Kepler Astronomia Nova c. könyve - benne a bolygók mozgását leíró törvényszerűségekkel - 1609-ben jelent meg.) A csillagászati észlelések és a matematikai (később, Newton munkássága által fizikai) alapokon nyugvó pályaszámítások egymást támogatva járultak hozzá a csillagászat fejlődéséhez. A XVII. században, de még a XVIII. század nagyobbik részében is túlnyomó részben a Naprendszer égitestjeinek megfigyelése jelentette a csillagászatot, az eredmények is ezt tükrözik. A Naprendszeren túli égitestek megismerése és különösen természetük megértése még váratott magára.

Nagy eredmények kis távcsövekkel 
A Kepler-törvények, a napközéppontú világkép, valamint az „állócsillagok” egymáshoz viszonyított elmozdulásának hiánya alapján nyilvánvalóvá vált, hogy a csillagok nagyon távol vannak. A távcsöves csillagászat egyik kezdeti feladata éppen ezért az volt, hogy meghatározzák a csillagok távolságát, azaz megmérjék a legközelebbi csillagok parallaktikus elmozdulását, amely a Föld Nap körüli keringésének következménye. Ennek érdekében rendszeresen észlelték és feljegyezték a csillagok pozícióit, a mérések alapján pedig egyre több csillagot tartalmazó katalógusok születtek. Röviddel a távcső csillagászati célú használatának kezdete előtt Johann Bayer 1603-ban megjelent Uranometria csillagatlaszában még csupán 1200 csillag szerepelt. Említésre méltó, hogy szabad szemmel mintegy 5000 csillag látható. A távcsöves megfigyelések első évszázadát követően, a John Flamsteed által 1712-ben összeállított katalógus (Historia Coelestis Britannica) 2866 csillagot tartalmazott, és ezek között már 8 magnitúdós, azaz csak távcsővel látható is akadt (1. ábra). A déli égbolt szisztematikus megfigyelésének kezdete után, 1742-ben Nicolas Louis de Lacaille az égi egyenlítőtől délre található 9766 csillag mérései alapján készítette el a Coelum Australe Stelliferum katalógust. Mire egy újabb évszázad elteltével végrehajtották az első sikeres parallaxisméréseket, már 300 000-nél több csillag pontos pozíciója volt ismert.
A parallaktikus elmozdulás ugyanis olyan parányi, hogy az egyre nagyobb távcsövekkel végzett és mind pontosabbá váló mérések ellenére több mint két évszázadon át nem sikerült rábukkanni a keresett effektusra. A távcsöves észlelők igyekezete azonban addig sem volt hiábavaló. Egyrészt a mérési adatok nagy szakmai értéket képviselnek a csillagászatban, ezért a feljegyzett adatokat megőrzik és mások számára is hozzáférhetővé teszik. Nem lehet tudni ugyanis, hogy évek vagy évtizedek múlva melyik adatra lesz éppen szükség valamely tudományos kérdés megválaszolásához. Másrészt a parallaxiskeresés közben egyéb lényeges effektusokat is sikerült felfedezni az asztrometriai mérésekből: a csillagok sajátmozgását, a fény véges terjedési sebessége következtében fellépő aberrációt, a nutációt a Hold mozgásában - ezek észlelése nem kívánt olyan szögmérési pontosságot, mint a parallaxisé. Az asztrometriai méréseknek az idővel egyre fokozódó pontosságát a 2. ábra szemlélteti. A függőleges tengelyen logaritmikus skálán tüntettük fel a pozíciómérés pontosságát, hogy a hatalmas fejlődést könnyebben lehessen ábrázolni.

1. ábra. Flamsteed csillagtérképének egy lapja a XVIII. század elejéről 

2. ábra. A csillagászati pozíciómérések pontosságának időbeli változása 

A sajátmozgás jelenségét felismerve célszerűnek látszott, hogy a parallaktikus elmozdulás észleléséhez a nagy sajátmozgású csillagokat kövessék figyelemmel, mert ha minden csillag nagyjából azonos sebességgel mozog a térben, akkor a hozzánk legközelebbi csillagok mozgása tűnik a leggyorsabbnak az égen.

Az éjszakai égbolt távcsöves vizsgálata rengeteg további felfedezés lehetőségét rejtette magában. A más célú megfigyelések közben így egyre-másra érdekes objektumokat fedeztek fel a Naprendszeren kívül és azon belül is. Az Orion-ködre például már 1610-ben felfigyeltek, elsőként Nicholas-Claude Fabri de Peiresc. Giovanni Battista Hodierna 1654-ben összeállított listájában pedig már 40 ködös objektum szerepelt, amelyeket egy 20-szoros nagyítású, egyszerű Galilei-távcsővel sikerült meglátnia. A Naprendszerhez tartozó újabb égitestek felfedezése a Szaturnusz Titan holdjának megpillantásával indult (Christiaan Huygens, 1655). És ezeket a felfedezéseket igencsak kezdetleges és kis átmérőjű lencsés távcsövek használatával érték el.

Galilei első távcsöves észlelései után fél évszázaddal a csillagászati célra alkalmazott lencsék átmérője még mindig 6–7 cm volt. A képalkotásnál fellépő színi hibát hosszú fókusztávolsággal igyekeztek csökkenteni, ami kedvezett a nagyítás fokozásának. 1659-ben Huygensnek így sikerült elsőként észrevennie felszíni alakzatokat a Marson, 1666-ban pedig Giovanni Domenico Cassini a vörös bolygó pólusánál a fehér jégsapkát is meglátta. 

A felfedezések ütemét ekkoriban - és jószerivel egészen a XIX. század végéig - egy-egy jelentős csillagász, a köréje csoportosuló munkatársak és az észlelésekhez általuk használt távcső objektívjének átmérője és minősége szabta meg. A XVIII. század utolsó évtizedeiben William Herschel tevékenysége lendítette előre a csillagászatot: elsőként fedezett fel bolygót távcsővel, katalógusba foglalta a főként általa talált kettőscsillagokat, csillagszámlálással meghatározta a Tejútrendszer alakját stb.

A XIX. század első feléből a német csillagászok pozíciómérései emelendők ki, ám az ő eredményességüket Joseph Fraunhofer optikusi és távcsőkészítő tevékenysége is elősegítette. A XIX. század második felére az amerikai csillagászat is felzárkózott, majd az élre is tört. A XX. századra ugyanis a siker záloga a teleszkóp főtükrének átmérője és a megfigyelési technika színvonala lett, az eredményesség ekkortól már kevéssé függött a távcsövet használó csillagász látásának élességétől és türelmétől. Ebben két lényeges fejlemény is közrejátszott: a fényképezés módszerének elterjedése a csillagászatban és a spektroszkópia csillagászati alkalmazása. 

Nagy eredmények nagy távcsövekkel 
Az új megfigyelési módszerek térhódításával a korábban főként asztrometriával foglalkozó csillagászat fő tevékenysége a XX. századra az asztrofizika lett. Az 1920-as években pedig kialakult az extragalaktikus csillagászat is. Ezt általában Edwin Hubble nevéhez kapcsolják, mert ő határozta meg néhány csillagokra bontható ködösség távolságát az általa talált cefeida változócsillagok segítségével. Ekkor vált egyértelművé, hogy a Tejútrendszeren kívül más galaxisok is léteznek. Említést érdemel azonban, hogy a Világegyetem tágulására utaló vöröseltolódást elsőként Vesto Slipher mutatta ki a galaxisok színképében, és arról se feledkezzünk meg, hogy Lord Rosse gigászi távcsövével már 1845-ben felfigyelt néhány köd spirális szerkezetére - a spirális galaxisokról tehát már régóta tudtak, „csak” a helyüket és természetüket kellett tisztázni. Az extragalaxisok vizsgálatának lehetőségével megszületett az obszervációs kozmológia is.

Míg a legnagyobb csillagászati távcsövek objektívjeinek méretét tekintve nagyjából folyamatos a növekedés, a távcsövek - nem számszerűsíthető - teljesítőképességében és eredményességében ugrások tapasztalhatók a fejlődés menetében. A csillagászati fényképezés és spektroszkópia alkalmazása hatására bekövetkezett ugrás után a fotoelektromos észlelési technika bevezetése eredményezett jelentős előrelépést. Ez a nagyon pontos fényességmérést lehetővé tevő módszer a XX. század közepén terjedt el a csillagászatban. A legutóbbi nagy ugrás pedig az elektronikus képalkotó detektorok, vagyis a CCD-technika 1990-es években bekövetkezett elterjedésének köszönhető.

A csillagászat azonban nem csak a látható fény vizsgálatát jelenti. Az optikai hullámhosszak tartománya csak töredéke a teljes elektromágneses színképnek. Megfelelő detektorok híján, illetve a földi légkör elnyelő hatása miatt az optikai tartományon kívüli sugárzást vizsgáló csillagászat csak a XX. század közepe után alakult ki. Előbb a földfelszínen elhelyezett antennákkal dolgozó rádiócsillagászat, majd a földi légkörön kívülre telepített távcsövekre és egyéb detektorokra alapozó röntgen- és gammacsillagászat is. Az infravörös sugárzást részben űrtávcsövekkel, részben földi berendezésekkel vizsgálják a csillagászok. Ugyanis e színképtartomány rövidebb hullámhosszú része, valamint a mikrohullámú sugárzás a földfelszín legszárazabb klímájú helyein, pl. magas hegyeken, illetve az Antarktiszon elhelyezett műszerekkel is detektálható.

Napjainkban már egymilliárd csillag pozíció- és fényességadatait tartalmazó katalógus is létezik - természetesen ezt nyomtatott formában már közzé sem tették, de az Amerikai Egyesült Államok Haditengerészeti Obszervatóriumában összeállított, elektronikus formátumban elérhető USNO B1.0 katalógusának adataihoz szabad a hozzáférés.

A XXI. század elején az információk jelentős részét már nem földi optikai távcsövekkel gyűjtik össze a csillagászok, hanem űrszondákon elhelyezett teleszkópokkal és egyéb műszerekkel. Ráadásul a csillagászok nem elégszenek meg az elektromágneses sugárzás vizsgálatával. Az égitestekről és a kozmikus jelenségekből származó további információk forrásai a neutrínók és a kozmikus sugárzás nagy energiájú részecskéi (és természetesen a Földre hulló meteoritok). A kozmikus sugárzást már közel egy évszázada vizsgálják a fizikusok és csillagászok, míg a neutrínócsillagászat a Nap belsejéből érkező neutrínók detektálása után a Nagy Ma­gellán-felhőben 1987-ben felfénylett szupernóvából származó neutrínók észlelésével született meg. A közeljövőben pedig a gravitációs hullámok sikeres kimutatására lehet számítani.

3. ábra. A csillagászati célú optikai távcsövek összesített gyűjtőfelületének változása Galilei korától napjainkig

A látható fény vizsgálata azonban még belátható ideig a csillagászat alaptevékenysége marad. Ezt sugallja az optikai távcsövek összesített gyűjtőfelületének időbeli változását szemléltető 3. ábra is. Az Univerzum kettős értelemben is tágul: egyrészt fizikailag, ősrobbanással történt kialakulása következtében, másrészt pedig a csillagászat fejlődésével egyre távolabbra tudunk tekinteni, egyre részletesebben megismerve mindazt, amiről Galileinek és sok-sok későbbi csillagászgenerációnak fogalma se lehetett. 


Válogatás a távcsöves csillagászat fontos eseményeiből
1610 megjelenik a Galilei első felfedezéseit ismertető Sidereus Nuncius
1610 az Orion-köd felfedezése (N. Peiresc)
1655 a Titan felfedezése (C. Huygens)
1666 a Mars sarki sapkáinak felfedezése (J.-D. Cassini)
1667 a Párizsi Obszervatórium megalapítása
1672 I. Newton elkészíti az első tükrös távcsövet
1675 a Királyi Obszervatórium megalapítása Greenwich-ben
1718 a csillagok sajátmozgásának kimutatása (E. Halley)
1728 az aberráció kimutatása (J. Bradley)
1771 C. Messier katalógusa a „ködös” objektumokról 
1781 az Uránusz felfedezése (W. Herschel)
1786 a Tejútrendszer alakjának első meghatározása (W. Herschel)
1801 az első kisbolygó (Ceres) felfedezése (G. Piazzi)
1834—1838 a déli égbolt csillagainak első katalogizálása (J. Herschel)
1837 Mensura Micrometricae - F. G. W. Struve kettőscsillag-katalógusa
1838 az első csillagparallaxisok (F. W. Bessel: 61 Cyg, F. G. W. Struve: Vega, Th. Henderson: Alfa Cen)
1846 a Neptunusz felfedezése (U. J. J. LeVerrier számításai alapján J. G. Galle)
1850 az első fényképek csillagokról (Vega, Castor)
1854 Norman Pogson matematikai alapokra helyezi a magnitúdóskálát
1857—1862 a 324189 csillagot tartalmazó Bonner Durchmusterung elkészítése (F. W. A. Argelander
1862 az első fehér törpe észlelése (A. G. Clark: Sirius B) 
1872 az első fotografikus csillagszínkép (H. Draper: Vega)
1882 az első fotografikus ködszínkép (H. Draper: Orion-köd)
1885—1889 a Cape Photographic Durchmusterung elkészítése
1886 az első objektívprizmás csillagszínképek (Harvard Obszervatórium)
1888 a New General Catalogue (NGC) kiadása (J. L. E. Dreyer)
1891 működni kezd az első állandó déli obszervatórium (Arequipa, Peru)
1904 intersztelláris eredetű vonalak kimutatása kettőscsillagok színképében (J. F. Hartmann)
1908 a cefeidák periódus-fényesség összefüggésének felfedezése a Magellán-felhők cefeidáinak vizsgálata alapján (H. Leavitt)
1910 szeléncellás fotométerrel változócsillagok fényességének mérése - a fotoelektromos fotometria első csillagászati alkalmazása (J. Stebbins)
1918 működni kezd a Mt. Wilson Obszervatórium 100 hüvelykes távcsöve
1919 E. E. Barnard összeállítja a sötét ködök katalógusát
1920 az első interferometriai mérések a csillagászatban (A. Michelson, J. F. Pease)
1925 E. Hubble megállapítja az extragalaxisok létét
1930 a galaktikus fősíkban levő elnyelő anyag kimutatása (J. Trümpler)
1933 Fritz Zwicky galaxishalmazok tagjainak dinamikáját vizsgálva a sötét anyag létére következtet
1937 az első rádiótávcső elkészítése (G. Reber)
1946 az első interferometriai mérések rádióteleszkópokkal (M. Ryle)
1948 működni kezd a Palomar-hegyi 200 hüvelykes távcső
1962 a kompakt komponenst tartalmazó kettőscsillagok röntgensugárzásának felfedezése
1963 az első kvazár felfedezése
1967 az első pulzár felfedezése (J. Bell, A. Hewish)
1967 gammakitörések első észlelése katonai felderítő műholdakon elhelyezett gammadetektorokkal
1968 a nagy energiájú gammafotonok földi légkörbe csapódásakor bekövetkező optikai felvillanások (Cserenkov-effektus) kimutatására szolgáló 10 m-es Whipple-távcső működni kezd Arizonában
1978 működni kezd az első geostacionárius pályára helyezett csillagászati űrszonda, az ultraibolya tartományban színképeket készítő International Ultraviolet Explorer (IUE)
1979 az első gravitációs lencse felfedezése
1989 az első asztrometriai célú űrszonda, a Hipparcos felbocsátása
1990 működni kezd a Föld körül keringő Hubble-űrtávcső, elsőként a NASA négy Nagy Obszervatóriuma közül
1991 a NASA újabb Nagy Obszervatóriumaként felbocsátják a gammatartományt vizsgáló Compton Gamma Ray Observatory-t
1992 az első Kuiper-övbeli objektum felfedezése (D. Jewitt, J. Luu)
1995 az első barna törpe felfedezése
1995 az első exobolygó kimutatása Nap típusú csillag mellett (M. Mayor, D. Queloz - 51 Peg)
1998 szupernóvák megfigyeléséből következtetnek a sötét energia létére (S. Perlmutter csoportja)
1999 a Chandra (a NASA 3. Nagy Obszervatóriuma) és az európai XMM-Newton röntgenobszervatóriumok felbocsátása
2001 a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást vizsgáló WMAP felbocsátása
2001 az első észlelés interferometrikus üzemmódban az 1993-ban, ill. 1996-ban átadott két a Keck-távcsővel
2001 az ESO VLT 1993 és 2000 között átadott négy 8 m-es távcsövéből álló rendszerrel is megtörtént az első interferometrikus mérés
2003 az infravörös színképtartományt vizsgáló Spitzer-űrtávcső (a NASA 4. Nagy Obszervatóriuma) felbocsátása
2009 a fotometriai észleléseket végző Kepler-űrtávcső felbocsátása
2009 az infravörös tartományt vizsgáló Herschel-űrszonda indítása (3,5 m átmérőjű főtükrével a Herschel az eddigi legnagyobb űrtávcső)


Természet Világa, Feltárul a Világegyetem, 2009
http://www.termeszetvilaga.hu/ 
http://www.chemonet.hu/TermVil/