TEMA BROJA

Zoran Šević

Astronomija danas / Prva osmatranja svemira

Hiljade proučavanih zvezda

Od svog prvog pogleda u nebo, čovek je pokušavao da shvati pravila kretanja nebeskih tela, da ih mapira i shvati njihov uticaj na zemaljski život. Svoje početne fantazije, ljudi su vremenom pretvorili u nauku, a sa njenim razvojem tekao je i razvoj instrumenata i alata koji su omogućili bolje i tačnije izučavanje. U početku je vreme bilo najvažniji faktor, te je tako nastao I prvi sunčani sat.

Nomadi u Africi i američka plemena kamenim građevinama i totemima su obeležavali važne nebeske događaje ali i datume. Tako se pouzdano zna da su tačno znali kada je letnji solsticij ili dan kada Sunce zauzima najvišu tačku na nebu u toku godine, kako bi se na vreme pripremili za zimu i nestanak vegetacije ili, u toplijim predelima, kada će temperatura postajati niža i kada će početi padavine. Ovaj proces posebno je ubrzala sve veća zavisnost čovečanstva od poljoprivrede, jer se zbog sejanja i žetve moralo kalendarski znati kad koje godišnje doba nastupa. Prednjačili su Egipćani, Kelti i Maje izgradnjom ogromnih kamenih struktura koje su bile usklađenje sa zakonitostima kretanja Sunca, Meseca, nekih planeta i najsjajnijih zvezda na nebu. U tom periodu, veliku ulogu je imala i religija kojoj su pogodovale nepoznavanje tek razvijajuće astronomije i rastući uticaj astrologije koja je pogodovala potčinjavanju stanovništva. Sveštenici i proroci su mapirali nebo I ustanovljena pravila su koristili za određivanje vremena za vršenje verskih obreda i proricanje uz pomoć horoskopa.

Astrolab I kvadrant, pa sekstant

Prvi iskorak su načinili Stari Grci konstruisanjem astrolaba, uređaja koji je mogao da izmeri mesni ugao najsjajnije zvezde u odnosu na horizont i tako odredi vreme i pravac, lokaciju zvezda na nebu, izlazak ili zalazak Sunca. Razvijan je od 2. do 4. veka.  Usavršavanje Astrolaba preuzeli su islamski astronomi da bi precizno znali vreme za molitvu i pravac ka za njih svetoj Meki. U persijskom gradu Maragi, 1258. godine izgrađena je i opservatorija u kojoj su česti posetioci bili astronomi iz Španije i daleke Kine. Njenom izgradnjom značajno je poboljšana izrada mapa planeta i zvezda. Kasnije je i u Samarkandu, u centralnoj Aziji, izgrađena ogromna opservatorija, 1420. godine.
Razvoj pomorstva doveo je i do otkrića kvadranta, alata koji je predstavljao četvrtinu celog kruga i po tome i dobio ime. Imao je nišansku ručicu koja se rotirala preko ploče sa ucrtanim merama ugla, tako da se, utvrđivanjem visine Severnjače u odnosu na alat, u svakom trenutku mogao utvrditi tačan položaj merioca te je, uz mape, znatno olakšavao navigaciju pomorcima. Oko 1325. godine, nastao je i sekstant, koji je nazvan po šestini kruga koji je zahvatao, mada je u stvari bio samo dvanaestina kruga koja je duplirana uz pomoć ogledala. Njime je bilo omogućeno posmatranje zvezda kao i sa kvadrantom, ali I vršenje proračuna koje je nudio astrolab.

Prstenaste ili Armilarne sfere znatno su olakšale proučavanje nebeskog koordinatnog sistema. Sastavljene su od prstenova koji su predstavljali krugove nebeske sfere po kojima rotiraju tela, a najvažniju upotrebu imali su za lociranje objekata na nebu. Najpoznatiju je konstruisao danski astronom Tiho Brahe, u 16. Veku. On je, pomerajući prstenove i preciznim nišanskim uređajima, merio položaj i razlike u pozicijama više objekata na svodu, mapirajući ih i otkrivajući zakonitosti njihovih kretanja i rotacija. Značaj Braheovog rada shvatio je i danski kralj Frederik, izgradivši opservatoriju u kojoj je ovaj potom konstruisao muralni kvadrant. To je bio veliki luk od 90 stepeni, pričvršćen za zid u pravcu sever-jug i snabdeven alatom za nišanjenje. Njime je omogućeno merenje visine i pozicije traženih objekata. Pomeranjem nišana tako da se poravna sa posmatranim objektom koji se vidi kroz prorez na suprotnom zidu, čekalo se na trenutak kada se cilj ocrta u svojoj poziciji na jugu i time je određivan visinski ugao. Brahe je tako uctravao položaje stotina zvezda i pratio višegodišnje kretanje planeta najtačnije moguće, sve do pojave teleskopa.

Teleskop, najzad

Teleskop je, početkom 17. veka uneo revoluciju u astronomiji. Odjednom Univerzuum nije više bio ograničen mogućnostima ljudskog oka i čovečanstvo je moglo da zaviri u dubine naše galaksije. Svojstva staklenih uvećavajućih sočiva bila su poznata  i starim Grcima i Egipćanima, a u Evropu su doneta u 13. veku. Nije jasno zašto se na teleskop čekalo još četiri veka, jer je prvi napravljen u Holandiji tek 1608. godine i u početku je korišćen samo kao pomagalo nautičarima. Njegov potencijal prvi je uvideo Galileo Galilej koji je počeo proizvodnju teleskopa za sopstvenu upotrebu. Radio je izuzetno kvalitetno. Iako je prvi koji je napravio bio samo cev sa dva sočiva, konveksnim objektivom  i konkavnim okularom i uveličavao tri puta, nastavio je sa radom i proizveo teleskop koji je bio lak za izradu a koji je imao mogućnost uvećanja od 9 puta. Tada je shvatio da ovaj uređaj ima još veći potencijal ali da je ograničen kvalitetom izrade sočiva. Kada je prevazišao tu prepreku, Galijej je pravio teleskope duge 1,5 m, koji su uveličavali objekte i do 30 puta. Sve to učinilo je da se jasnije vide planete i zvezde i da se sve više čuje teorija da Zemlja i planete kruže oko Sunca, kao i da se otkrije mnoštvo zvezda u Mlečnom putu i u drugim galaksijama, da se shvati da se Univerzuum proteže do beskonačnosti. Johanes Kepler je unapredio Galilejev rad koristeći dva konveksna sočiva koja su davala obrnutu sliku i imala veće vidno polje i bolje uvećanje, ali su zbog toga imala problem sa geometrijskim izobličenjem i lažnim bojama objekata.
Decenijama potom nastao je trend proizvodnje sve većih teleskopa i sve boljih sočiva, što je bilo ishod napretka obrade staklenih površina. Tako su braća matematičari i astronomi Kristijan i Konstantin Hajgens, iz Holandije, 1656. godine napravili teleskop dug 7 m, sa uvećanjem od 100 puta, što im je omogućilo da otkriju zvezde u Orionovoj maglini. Braća Hajgens su razvila i takozvane vazdušne teleskope, koji su imali sočivo fiksirano u gvozdenoj cevi na vrhu visokog stuba, sa mogućnošću dizanja i spuštanja, tako da je složeni okular na malom postolju primao sliku iz objektiva. Problem u radu sa njima su bile vetrovite noći i glomazan dizajn.

Novu revoluciju pokrenuo je dizajn Isaka Njutna koji je, umesto refraktorskog, osmislio reflektujući teleskop. On je, umesto sočiva, koristio jedno zakrivljeno glavno ogledalo zajedno sa manjim ravnim ogledalom, te tako dobio priliku da proučava i manje svetle objekte i magline. Njutn je shvatio da će teleskopi koji prelamaju svetlost uvek biti na ivici ispravnosti i da raspršuju boje, te da bela svetlost zvezde uvek pokazuje mrlje boja. Stoga je napravio ogledalo sferične zakrivljenosti od legure bakra i kalaja, uz malu primesu arsena zbog lakšeg poliranja, i iznad njega postavio ravno sekundarno ogledalo pod uglom od 45 stepeni koje je odbijalo svetlost u okular, postavljen na bočnoj strani uređaja.
Englez Džon Hedli je prvi uvideo da na kvalitet slike koju daje teleskop utiče i kretanje Zemlje. Zato je razvio visinsko-azimutski nosač, čije je visinska osa bila paralelna sa horizontom, a osa azimuta usmerena upravno. Astronom je morao da pomera teleskop duž obe ose istovremeno da bi pratio ciljani objekat. Njime su otkrivena četiri Saturnova satelita.
Interesovanje nemačkog muzičara Vilijama Heršela za astronomiju dovelo je 1781. godine do otkrića planete Uran. On je karijeru počeo izradom refraktujućih teleskopa ali je ubrzo odustao od njih zbog gabarita i posvetio se razvoju reflektujućih i unapređenju ogledala za njih. Do pomenutog otkrića doveo ga je uređaj sa ogledalima prečnika 15 cm u cevi dužine 210 cm. Osokoljen uspehom , Heršel je pronašao stotine novih maglina, dotad neviđenih, te je počeo da pravi sve veće uređaje da bi 1789. godine izgradio teleskop od 12 m kojim je uočio dva Saturnova satelita, Mimas i Enceladus. Najveća boljka ovog teleskopa je bila savijanje cevi od težine, pa ga je ovaj astronom koristio pažljivo i veoma retko.
Čitav 19. vek obeležio je razvoj oba tipa teleskopa, ali i usavršavanje sočiva i ogledala. Instrumenti su postajali sve veći i precizniji, a jednako važno bilo je i postepeno prihvatanje astrofizike od strane astronoma, a koja je spojila teoriju fizike sa proučavanjem svemira. Ozbiljan pomak napravila je konstrukcija velikog refraktora u ruskoj opservatoriji Dorpat, koji je bio prvi primer takozvane ekvatorijalne montaže. Naime, imao je polarnu osu poravnatu sa osom rotacije Zemlje i usmererenu ka Severnjači; bio je pod pravim uglom u odnosu na polarnu osu, što je pružalo mogućnost rotiranja prema bilo kom delu neba. Uz sve to, polarna osa je stalno rotirala pomoću satnog mehanizma onom brzinom koja je neutralisala kretanje zvezda na nebu. Ovakva konstrukcija mehanizma dala je mogućnost fotografisanja objekata jer se fotografija uveliko razvila tokom 19. veka.

Spektroskopija i laboratorijsko izučavanje

Sredinom stoleća, inicijativu su preuzeli američki investitori, a novac je pokrenuo izradu sve naprednijih astronomskih instrumenata, ali i aparature i građevina. Tako je železnički magnat Čarls Jerks, na nagovor naučnika Džordža Hejla i Vilijama Harpera, investirao tadašnjih pola miliona dolara u izgradnju opservatorije “Jerks”, u Čikagu. Opremljena je teleskopom koji je imao sočivo sa radijusom od 1 m, teško 225 kg. Sam teleskop je sa svojim pokretnim delovima i protivtegom bio težak 20 t, ali je zbog dobrog balansa pokretan motorima male snage. I sama zgrada je imala poseban dizajn, jer teleskop nija postavljen centralno već u kupoli sagrađenoj na vrhu jednog od krila građevine. Ostatak prostora je iskorišćen kao laboratorijski prostor posvećem fotografiji i spektroskopiji, oblasti fizike koja će dominirati kroz 20. vek.
Počeci spektroskopije usmereni su na Sunce, kao najbližu zvezdu. Samim tim olakšano je laboratorijsko izučavanje.Tek kasnije su naučnici razvili klasifikacione šeme zvezdanog spektra i ustanovili tri grupe: plave i bele, žute ili zvezde solarnog tipa i crvene zvezde. Ovakva klasifikacija važila je sve do 1924. godine, kada je Eni Džamp Kenon napravila katalog od 10 spektralnih tipova sa oznakama O, B, A, F, G, K, M, R, N i S, a koji su astronomi prihvatili kao univerzalan za sve a na osnovu 250.000 proučavanih zvezda. Već pomenuti Džordž Hejl je zaslužan za još jedan veliki izum - spektroheliograf, koji je dao sliku čitave sfere Sunca u jednoj talasnoj dužini svetlosti, a što je opet omogućilo naučnicima da dublje ispitaju karakteristike nama najbliže zvezde.
Početkom 20. veka došlo je prave eksplozije inovacija i otkrića. Instrumenti, uređaji i tehnike su unapređivane skoro na dnevnom nivou, ali su nastajale i nove oblasti astronomije. Svemir se nije više samo gledao već i slušao, a nakon Drugog svetskog rata i početkom “hladnog rata”, počela je prava trka u istraživanjima i konstruisanju, završena i osvajanjem distanci u kosmosu. Čovečanstvo je shvatilo da Univerzuum nema kraja, a samim tim ni napredak.

Zoran Šević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"