Astrofotografia Szkoła Podstawowa Klasy IV VI Doświadczenie konkursowe nr 3 Rok 2021

(1)

Astrofotografia

Szkoła Podstawowa Klasy IV – VI

Doświadczenie konkursowe nr 3

Rok 2021

(2)

1. Wstęp teoretyczny

W Internecie dostępne są piękne, kolorowe zdjęcia różnych obiektów astronomicznych.

Wiele ciekawych zdjęd można znaleźd w ramach projektu Astronomiczne Zdjęcie Dnia¹, przykładowo takie jak na Rysunku 1. Nie każdy jednak wie, że te kolorowe obrazki przedstawiające mgławice czy galaktyki są tak naprawdę złożeniem kilku zdjęd, a barwy widoczne na nich nie zawsze odpowiadają rzeczywistości.

Rysunek 1. Astronomiczne zdjęcie dnia z 21 lutego 2021: NGC2244 gromada gwiazd w Mgławicy Rozeta. Kolory odpowiadają liniom emisyjnym pierwiastków: siarki (czerwony), wodoru (zielony) i tlenu (niebieski). Źródło:

http://apod.pl/apod/ap210221.html

2

1http://apod.pl/apod/astropix.html

(3)

Konkurs Astronomiczny „Astrolabium”

Astrofotografia

Doświadczenie konkursowe 2021

Współcześni astronomowie są w stanie obserwowad niebo w szerokim zakresie widma elektromagnetycznego. Natomiast ludzkie oko jest w stanie zarejestrowad tylko bardzo niewielką jego częśd. Są to fale światła widzialnego, czyli optyczny zakres widma elektromagnetycznego.

Zaznaczony jest on tęczowymi kolorami na Rysunku 2. Wszystkie pozostałe zakresy promieniowania (zaznaczone szarym kolorem) są dla ludzi niewidoczne. Ale mogę byd odbierane przez specjalne urządzenia podłączone do teleskopów.

Rysunek 2. Widmo promieniowania elektromagnetycznego z zaznaczonymi poszczególnymi zakresami. Zakres optyczny (widzialny) zaznaczony jest kolorowymi paskami. Źródło:

http://encyklopediafantastyki.pl/index.php?title=Promieniowanie_elektromagnetyczne

Jak więc pokazad promieniowanie, które jest niewidoczne dla ludzkiego oka? Odbiorniki rejestrują przeważnie czarno-biały obraz zarejestrowany na danej długości fali elektromagnetycznej. Jeżeli chcemy pokazad obiekt na kilku zakresach promieniowania elektromagnetycznego – np. w świetle widzialnym, podczerwieni i nadfiolecie, najłatwiej przypisad danemu zakresowi jakiś kolor. Przykładowo zdjęcie zrobione w świetle widzialnym (czyli zwykłe zdjęcie, które można zrobid aparatem fotograficznym) można przedstawid w różnym natężeniu koloru zielonego. Podobnie zdjęcie wykonane w podczerwieni można przedstawid w czerwonym kolorze, a nadfiolet przykładowo w niebieskim. Otrzymujemy wtedy mozaikę złożoną z trzech zdjęd w różnych kolorach. Użycie koloru zamiast oryginalnej skali szarości nazywamy pseudokolorem.

Dociekliwi mogliby zapytad, po co sztucznie kolorowad coś, czego nie widad. Odkrycie innych zakresów promieniowania elektromagnetycznego poza światłem widzialnym było olbrzymim krokiem w rozwoju astronomii. Okazało się, że różne obiekty astronomiczne wysyłają różną ilośd promieniowania w poszczególnych zakresach. Odpowiedzialne są za to procesy fizyczne zachodzące w kosmosie, a możemy je badad właśnie dzięki detekcji promieniowania, którego ludzkie oko nie odbiera.

Jako przykład weźmy galaktykę. Jest to bardzo duży obiekt astronomiczny złożony z wielu elementów. W krótkich falach promieniowania rentgenowskiego (zwanego też promieniami X) dostrzec możemy bardzo rozgrzany gaz. Na zdjęciu poniżej w fioletowym pseudokolorze przedstawiono galaktykę Wir widoczną w promieniowaniu rentgenowskim. Najjaśniejsze punkty

3

(4)

odpowiadają gazowi podgrzanemu do wysokich temperatur przez wybuch supernowych². Promieniowanie rentgenowskie skupia się również wokół supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrum galaktyki Wir i towarzyszącej jej mniejszej galaktyki na górze obrazka.

Rysunek 3. Galaktyka Wir wraz z towarzyszącą jej galaktyką NGC5195. Zdjęcie wykonano za pomocą teleskopu kosmicznego Chandra pracującego w promieniach rentgenowskich. Źródło:

https://chandra.harvard.edu/photo/2007/m51/more.html

4

2 Zobacz: https://pl.wikipedia.org/wiki/Supernowa

(5)

Astrofotografia

Galaktyka widziana w nadfiolecie (zakres UV, ultrafiolet) przedstawia miejsca, gdzie tworzą się nowe gwiazdy. Młode, masywne gwiazdy produkują najwięcej promieniowania właśnie w tym zakresie widma elektromagnetycznego. Każda niebieska plamka na zdjęciu poniżej oznacza miejsce, gdzie powstają młode gwiazdy. Żyją one dośd krótko (w skali astronomicznej) i kooczą swoje życie jako supernowa, podgrzewając okoliczny gaz. W galaktyce widad charakterystyczne ramiona spiralne – to właśnie tam tworzy się najwięcej gwiazd.

Rysunek 4. Galaktyka Wir wraz z towarzyszącą jej galaktyką NGC5195. Zdjęcie wykonano za pomocą teleskopu kosmicznego GALEX pracującego w nadfiolecie. Źródło: https://chandra.harvard.edu/photo/2007/m51/more.html

5

(6)

Zakres optyczny promieniowania elektromagnetyczne to jedyny, który jesteśmy w stanie dostrzec. Zdjęcie przedstawione na Rysunku 5 oddaje te struktury, które człowiek mógłby dostrzec, patrząc przez bardzo dobry teleskop. Zdjęcie wykonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a znajdującego się w przestrzeni kosmicznej. Jest ono jednak pokazane w zielonym pseudokolorze. W rzeczywistości ten obrazek byłby niemal biało-czarny. Widzimy na nim to, co ludzkie oko jest w stanie dostrzec na nocnym niebie – gwiazdy. Koncentrują się one w ramionach spiralnych galaktyki. Również centrum galaktyki Wir i jej towarzyszki rozświetlone jest promieniowaniem z zakresu optycznego.

Rysunek 5. Galaktyka Wir wraz z towarzyszącą jej galaktyką NGC5195. Zdjęcie wykonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a pracującego w zakresie optycznym. Źródło:

6

(7)

Astrofotografia

Podczerwień (zakres IR) kojarzy nam się termowizorami, czyli urządzeniami rejestrującymi temperaturę otoczenia. Używa się w nich właśnie promieniowania podczerwonego. Gwiazdy również świecą w podczerwieni, chod nie tak intensywnie jak w widzialnym zakresie widma elektromagnetycznego. Wszystko to, co jest chłodniejsze od gwiazd będzie więc świecid w podczernieni. Jest to przede wszystkim pył kosmiczny, czyli drobinki złożone z już kilku atomów (te największe mogą mied wielkośd nawet 0,1 mm). Dzięki teleskopom pracującym w podczerwieni astronomowie dowiedzieli się, gdzie w galaktykach znajduje się pył kosmiczny.

Rysunek 6. Galaktyka Wir wraz z towarzyszącą jej galaktyką NGC5195. Zdjęcie wykonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera pracującego w zakresie podczerwonym. Źródło:

7

(8)

Złożenie Rysunków 3-6 w pseudokolorach da nam kolorowy obraz galaktyki Wir, który można zobaczyd w artykułach popularnonaukowych (Rysunek 7). Kolory nie odzwierciedlają więc faktycznego wyglądu galaktyki (tak jak zobaczyłby go człowiek przez bardzo dobry teleskop), ale pokazują rozmieszczenie różnych struktur, nawet tych, których ludzkie oko nie zobaczyłoby. Przez niewielki teleskop galaktyka Wir wygląda tak jak na Rysunku 8. Sztuczne kolorowanie zdjęd ma jednak swój cel – obiekty kosmiczne wyglądają ciekawiej, ale przede wszystkim możemy wiele nauczyd się o rozmieszczeniu gazu i pyłu w różnych temperaturach oraz gwiazd.

Rysunek 7. Galaktyka Wir wraz z towarzyszącą jej galaktyką NGC5195. Zdjęcie jest złożeniem Rysunków 3-6, czyli emisji w promieniowaniu rentgenowskim, nadfiolecie, zakresie optycznym i podczerwieni. Źródło:

8

(9)

Astrofotografia

Rysunek 8. Galaktyka Wir wraz z towarzyszącą jej galaktyką NGC5195. Zdjęcie wykonane za pomocą teleskopu naziemnego o średnicy 11,43 cm. Źródło: Unistellar³

2. Cel doświadczenia

Celem doświadczenia jest zapoznanie się z różnymi zakresami widma elektromagnetycznego oraz podstawami astrofotografii poprzez próby odtworzenia złożonego zdjęcia.

3. Opis wykonania doświadczenia

Odtwórz astrofotografię przedstawioną na Rysunku 7. Do tego celu potrzebne będą zdjęcia wykonane w poszczególnych zakresach widma elektromagnetycznego. Znajdziesz je na stronie https://public.nrao.edu/color/?composite_id=8767

Strona dostępna jest jedynie w języku angielskim, ale jej obsługa jest dośd prosta. Po prawej stronie obrazka znajdują się opcje ustawieo poszczególnych zdjęd składowych w pięciu zakresach widma promieniowania elektromagnetycznego: radiowym (Radio), podczerwieni (Infrared), optycznym (Visible), nadfiolecie (Ultrafiolet) i rentgenowskim (X-Ray). Zdjęcie w każdym z tych zakresów można wyświetlid na ekranie obok, przesuwając suwak na pozycję ON.

Można je również wyłączyd, przesuwając ten suwak na pozycję OFF. Suwak zaznaczony jest czerwoną strzałką na poniższym zdjęciu poglądowym.

9

3

(10)

Obok nazwy zakresu widma elektromagnetycznego umieszczona jest nazwa teleskopu, za pomocą którego wykonano dane zdjęcie. Poniżej mamy do wyboru dwie opcje: zmiany koloru (Color) i jasności (Brightness). Klikając w czerwony kwadracik pod opcją Color, rozwinie się paleta kolorów. Można wybrad kolor przesuwając suwak (zaznaczony niebieską elipsą na zdjęciu poniżej) lub wpisad wartośd RGB dla wybranego koloru. Tabelę z kodami RGB można znaleźd przykładowo tutaj: https://www.kropleinternetu.biz/kolory_html_rgb.php

10

(11)

Astrofotografia

Wypróbuj różne ustawienia kolorów i jasności, tak by efekt koocowy jak najbardziej przypominał Rysunek 7. Gotową pracę zapisz, klikając w przycisk Wygeneruj (Generate) w panelu poniżej opcji i podglądu astrofotografii. Pojawi się wtedy wynik Twojej pracy w wysokiej rozdzielczości. Kliknij na niego prawym przyciskiem myszy i wybierz opcję „Zapisz grafikę jako…”.

Podobnie postępuj przy próbie odtworzenia astrofotografii Mgławicy Krab. Ponad opcjami zmiany koloru i jasności znajdziesz rozwijaną listę innych dostępnych obiektów astronomicznych.

Wybierz z nich M1 Crab Nubula i naciśnij przycisk Wybierz Obrazek (Select Image).

11

(12)

Astrofotografia

Postępuj tak jak w przypadku galaktyki Wir. Czy jesteś w stanie odtworzyd poniższy obrazek?

Podpowiedź: będą potrzebne wszystkie dostępne zakresy widma elektromagnetycznego (także zakres radiowy).

Rysunek 9. Mgławica Krab. Zdjęcie jest złożeniem fotografii wykonanych w promieniowaniu rentgenowskim, nadfiolecie, zakresie optycznym, podczerwieni i radiowym. Źródło: NASA

12