Csillagok infravörösben

Az előző két bejegyzés óta tudjuk, hogy rengeteg minden történik a szemünknek láthatatlan tartományban. Bár eddig gyönyörű képeket láttunk a csillagködökről, de ezek a porból, gázokból és plazmából álló jelenségek neve igen találó (köd), mert a lényeges dolgok jelenlétét eddig csak sejtettük. Minden "hideg" objektum is bocsát ki magából infravörös sugarakat. Így ha ilyen tartományban kémleljük az eget, akkor sokszor megláthatjuk a rejtőzködő csillagokat, és jobban megérthetjük, hogy működik az a rendszer, amit megfigyelünk.

Ez a két kép a Láng-ködről (Flame Nebula, NGC2024) készült. A bal oldali látható fényben, a jobb oldali a VISTA infravörös távcsővel készült, ami kivételesen egy földi távcső Chilében, az European Space Organization (ES0) működtetésében.

A többi képpel össze lehet hasonlítani, hogy mennyire fontos az a tény, hogy a légkörünk csak kevés infravörös sugárzást enged át (erről volt egy diagram az előző bejegyzésben). Legyen a teleszkóp bármilyen magasan, az igazán jó és tiszta képeket mégis az űrben lévő távcsövektől kaphatunk majd.

Ez a két kép az Orion csillagképről készült. A bal oldali kép a látható tartományban készült, a jobb oldalit az AKARI készítette az infravörös tartományban. A hideg por diffúz sugárzása, szerkezete látszódik az infravörös sugárzásban.

Az ESA 2009 májusában fellőtte a Plank műholddal együtt a Herschel űrobszervatóriumot, ami most a legnagyobb infravörös csillagvizsgáló a maga 3,5 méter átmérőjű távcsövével. A lenti videó mutatja a Herschel felépítését, de aki részletesebben érdeklődik, akkor ugyanez az animáció letölthető innen, csak még a részek neveit, hőmérsékletét, szerepét is megtudhatjuk belőle.




A Herschelt azért kell nagyon alacsony hőmérsékleten tartani, hogy lehetőleg célkitűzésének megfelelően csak a külső világűr felől érkező távoli infravörös elektromágneses sugárzást mérje, ne pedig a sokkal közelebbi, saját berendezéseiből eredő hőt. A Herschel fellövését itt megnézhetjük, letölthetjük. 50 nap alatt elérte a Nap-Föld kettős L2 Lagrange pontját, így itt keringve, a Naphoz és a Földhöz viszonyítva állandó helyzetben, 3 évig nézi majd az eget és küldi az adatokat haza a Földre.

A Herschel 2010 karácsonyán fényképezte le az Androméda-ködöt (M31). A lenti kép teljes méretben, és a hozzá tartozó hír már fent van a Herschel oldalán , és a hirek.csillagászat.hu-n is magyarul. Ebből a cikkből idéznék, mert rendkívül izgalmas:

"A Herschel távoli infravörös tartományban érzékeny műszerei olyan hideg porfelhőket mutatnak, melyekben csillagok keletkezhetnek. A felhőkön belül számtalan olyan poros gubó van, melyekben ez a folyamat most is zajlik: a gravitáció hatására a porból és a gázból évmilliók alatt csillagok állnak össze. Ha a folyamat vége felé a kialakuló új objektum elég nagy sűrűséget ér el, már nem csak az infravörös, de az optikai tartományban is megfigyelhetővé válik.
Az Andromeda-köd a közelségén túl azért is érdekes, mert tartalmaz egy körülbelül 75 ezer fényév átmérőjű porgyűrűt, amiről több kutató azt gondolja, hogy egy másik galaxissal történt nem túl régi kölcsönhatás eredményeként alakult ki. Az új Herschel-felvétel azonban még meglepőbb részleteket tár fel, ugyanis legalább öt, csillagkeletkezési területeket magába foglaló koncentrikus porgyűrű azonosítható rajta.

A Herschel űrteleszkóppal gyakorlatilag egyidőben az XMM-Newton (Megj.: ez is ESA űr teleszkóp, csak ez a röntgen sugárzás tartományában fényképez)  az Andromeda-köd röntgenképét készítette el. Míg az infravörös felvétel a csillagok szülétéséről tudósít, az utóbbi a csillagfejlődés végső fázisait örökíti meg. A röntgenfelvételen sok száz forrás figyelhető meg, melyek jó része a centrum körül csoportosul, ahol a csillagok egyébként is sűrűbben találhatók, mint a galaxisok más részein. A röntgenforrások egy része felrobbant csillagok által ledobott törmelék és a környező intersztelláris anyag kölcsönhatásáról árulkodik, de vannak köztük olyanok is, melyek sugárzása kettőscsillagoktól származik. Ezekben az egyik komponens már egy elfajult, kompakt maradvány, amely folyamatosan anyagot szív el a még "élő" kísérőjétől. Amint ez az anyag a sűrű komponensre spirálozik, nagyon felmelegszik, így intenzív röntgensugárzást bocsát ki. A folyamat végeredménye a kísérő elfogyasztása, illetve a felgyülemlő gáz termonukleáris robbanása lehet."

A legütősebbet hagytam a végére: bal oldalt talán a legismertebb kép a Hubbletől: a Lófej Csillagködről (Eagle Nebula) majd mellette ugyanez a tartomány a Herschel által decemberben infravörös tartományban készített képen.
Ez a kép még a Herschel hivatalos oldalán sincs fent! McCaughrean előadásából másoltam ki, szíves engedélyével. Jól kivehető, hol alakul ki új csillag az óriási csillagbölcsőben:

Az infravörös űrcsillagászat forradalmian új ismeretekhez juttat bennünket a Herschel űrtávcső adataira alapozva. A következő években minden bizonnyal még sokat hallunk az Európai Űrkutatási Hivatal (ESA) fantasztikus űrobszervatóriumáról! Érdemes látogatni az oldalait!

Az elmúlt három infravörössel foglalkozó bejegyzést összeszerkesztettem egy Power Point vetítéssé. Tanítási célokra letölthető innen.

Az infravörös sugárzás

Ez a bejegyzés lényegében az előző folytatása, amikor is arról volt szó, hogy hogyan menekül meg a bátor mókus az extra érzékelőkkel felszerelt csörgőkígyó elől.

Bármilyen objektum, amely valamennyire „meleg”, vagyis hőmérséklete az abszolút nulla fok (azaz -273,5°C, vagy  0°K) felett van, infravörös sugárzást bocsát ki magából. Minél melegebb egy tárgy, annál több infravörös sugárzást bocsát ki. Ha elég meleg, akkor már nem csak infravörös, hanem látható fényt is sugároz ki.
Érezzük, hogy meleg a kikapcsolt villanyégő, a napfény, a tűz, a radiátor, vagy meleg nyári nap után a betonból áradó meleget is érezzük. A bőrünk hőérzékeny idegvégződései képesek a belső és a külső bőrhőmérséklet közti különbség érzékelésére. De gondoljunk a villanyrezsóra: el kezdjük melegíteni, majd egyre melegebb és melegebb lesz, de ezt még csak a bőrünkön érezzük, majd annyira meleg lesz, hogy pirosan izzani fog: ekkor már olyan meleg, hogy látható piros fényt is bocsát ki magából.
Biztosan mindenki látott már infravörös kamerával készített képet, de azért nézzünk meg néhányat (Itt még találhatsz több állatot is):

Az infravörös hullámok felfedezése sokak szerint véletlen volt, mások szerint szisztematikus kutatómunka eredménye. William Herschel (aki egyébként nagyon híres csillagász volt már a maga idejében is, mert Ő fedezte fel az Uránuszt 1781-ben, az első új bolygót az antik idők óta) színszűrőket használt megfigyeléseihez. Azt tapasztalta, hogy bizonyos színű színszűrők jobban melegszenek fel, mint a más színűek. Úgy gondolta, hogy a a színek önmaguk tartalmazhatnak különböző mértékben hőt.
Prizmával szétbontotta a fényt, és a különböző színű fények alá hőmérőket helyezett. Azt tapasztalta, hogy a hőmérők a lilától a vörös színig egyre magasabb hőmérsékletet mutatnak.

• Sokan azt mondják, hogy mint a képen látható, a vörösön túli tartományba éppen belógott a kikészített hőmérő, és Herschel legnagyobb meglepetésére a hőmérő higanyszála felkúszott, pedig ott már nem is volt "látható" fény. Ekkor kezdte el tanulmányozni a "vörösön túli" részt.


• Más elméletek szerint a szétbontott látható fényen kívüli részt referencia tartománynak használta, de legnagyobb megdöbbenésére ahelyett, hogy kevesebbet mutatott volna a vörösön túli rész, még többet is mutatott.

Sose tudjuk meg, hogy történt igazából a felfedezés, de hát nem is gond, ha véletlen volt, nem ez lenne az első ilyen eset. Herschel nagysága abban rejlett, hogy ezután szépen szisztematikusan megvizsgálta ezt a láthatatlan valamit, és kiderítette, hogy ugyanúgy viselkedik mint a fény: visszaverődik, megtörik, elnyelődik és továbbítódik, mint a látható fény, azaz rendelkezik a hullámtulajdonságokal.
azért volt jelentős, mert elvezetett az infravörös sugárzás felfedezéséhez, hanem azért is, mert ez volt az első eset, hogy valaki a fénynek egy olyan formáját mutatta be, amelyet szemünkkel nem láthatunk.

Amit Sir William felfedezett, az egy vörösön inneni fény (vagy sugárzás). Később a „kalorikus sugarakat”  infravörös sugaraknak, vagy infravörös sugárzásnak nevezték (ahol az  infra előszó az „inneni” kifejezést jelenti). Herschel felfedezése nemcsak azért volt jelentős, mert elvezetett az infravörös sugárzás felfedezéséhez, hanem azért is, mert ez volt az első eset, hogy valaki a fénynek egy olyan formáját mutatta be, amelyet szemünkkel nem láthatunk.

Az infravörös technikát rengeteg helyen használjuk. Szinte mindenkinek van távirányítója, nem? A tévé távirányítója is infravörös sugarakat használ. De használják az infravörös képalkotást a gyógyászatban és az épületek hőveszteségének tanulmányozásában. Infravörös műholdakat alkalmaznak a földi időjárás megfigyeléséhez, a növényzet tanulmányozására, geológiai kutatásokra és a tengerek hőmérsékletének meghatározására. És persze mindenki látott már "sötétben látó kamerát": a bűnüldözés, megfigyelés egy rendkívül jó eszköze. Legközelebb pedig az infravörös csillagászatról fogok írni.

A csörgőkígyó "szeme"

Nem mindig az a lényeges, ami a szemnek látható. Néha a szemünknek láthatatlan tartományokban nagyon fontos dolgok történnek, ami a jelenség mibenlétére enged következtetni. Most nem a múltkori kedvenc kísérletre utaltam, amikor a vízzel azonos törésmutatójú zselés gömböket nem látjuk a vízben, hanem arra, hogy a látható fényen kívül még rengeteg hullámhosszban sugároznak a testek.





Az elektromágneses spektrum tartományaiból a földi légkör csak a látható fényt és a hozzá csatlakozó hullámhossznak kis részét, a közepes és termális infravörös 3-5 μm és a 8-15 μm hullámhossztartományaiba eső sugárzást, valamint az 1 mm – 20 m hullámhosszú rádiósugárzást engedi át. Ennek a tartománynak a kiaknázására született meg a rádiócsillagászat.

De ne szaladjunk ennyire előre. Az egy dolog, hogy mi nem, de vannak olyan állatok, akik látják az infravörös tartományt.

A csörgőkígyó például ilyen. A szeme alatt lévő kis lyuk az infravörös érzékelő helye. A sugárzás nekiütközik a 15mm vékony hártyához, ami a lyukban van ("pit membrane" a képen). Itt körübelül 2000 hőérzékelővel találkozik, ami 0,001°C-os különbséget is már érzékel.
Teszi ezt elég gyorsan 50-150 msec után már jöhet is az újabb adat. A kép a lyukkamera elvén képződik, majd - szerintem- ez hasonlóan dolgozódik fel, mint a mi szemünkre érkező kép: az idegeken felfut a központba az információ, és ott a látott képpel és szagokkal együtt összeáll a kép. Továbbiakat olvashatsz erről még itt.

De jó dolog ez az evolúció...eldőlne a mérleg serpenyője, ha a csörgőkígyó ezzel a plusz érzékelőjével túl hatékonyan tudna zsákmányhoz jutni. Van egy mókusfajta (ground squirrel) aki nagyon is jól tudja, hogy mit lát a csörgőkígyó. Ki is használja ezt rendesen. Ha észre veszi, hogy a közelben van egy csörgőkígyó, akkor nagyon sebesen lóbálni kezdi a farkát, ezzel vért pumpál abba. Így a csörgőkígyó infravörös szeme már nem egy kis "védtelen" mókust, hanem valami sokkal nagyobbat fog látni... Ügyes, nem?














Itt egy kis videó, ahol megfigyelhetjük a csörgőkígyót és a zsákmánynak kiszemelt bátor mókust, ahogy az életéért csóválja a farkát!

És hogy mi köze van mindezeknek a csillagászathoz? Azt hamarosan megírom. A harmadik rész végén pedig letölthető az anyag Power Point vetítés formájában.

Ezt a sok érdekeset is a már sokat emlegetett McCaughreantől hallottam.