A nyugodtság (seeing) becslése – Csizmadia Szilárd

Neked is ugrált már a csillagok képe, hullámzott a Hold képe nagy nagyításnál a távcsőben? Láttál-e már olyat, hogy a Jupiter vagy a Mars képe homályos volt, hiába próbáltad állítani az élességet, aztán egyszer csak kitisztult egy fél másodpercre a kép? Hitted azt, hogy rosszul állítottad be az élességet, és a tiszta fél másodperc után kerested az élességállító csavart megint? Felesleges volt: a kép hiába éles, ha az úgynevezett légköri nyugodtság rossz, akkor bizony – különösen nagy nagyításoknál – a kép nem lesz éles. Nem lehet mit tenni: vissza kell állni kisebb nagyításra, ahol a nyugodtság (angolul: seeing) hatása nem olyan jelentős.

A nyugodtság okozta problémák egyaránt érintik a vizuális és a fotografikus észlelőket. A fotografikus észlelők megtehetik, hogy bolygók, Hold, Nap esetében rövid expozíciós idejű képeket készítenek (millimásodperc vagy rövidebb), és azok legjobbjait használják fel a végső képhez. A kép nyugodtsága ugyanis rövid időszakokra lehet jobb, és minél rövidebb időtartamokról beszélünk, annál több az esély jó képre. Igaz, rövid expozíciónál az objektumok is halványabbak lesznek, szóval ez csak a fényes bolygókra, Holdra, Napra jó technika…

Mi az oka a kép szétesésének, hullámzásának? A csillagok és más égitestek fénye áthalad a földi légkörön és csak azután jut szemünkbe, távcsöveinkbe. Az áthaladás során rengeteg, mozgó, talajközeli és magaslégköri szelek hajtotta légrétegen is áthalad. Két, egymáshoz képest mozgó légréteg sűrűsége különböző, mert a szélsebesség más sűrűséget alakít ki benne. Különböző sűrűségű közegekben a fény törésmutatója más és más. Különböző törésmutatójú közegek határán a fény megtörik. Mire a földi légkörön a csillag fénye áthalad, nagyon sokszor is megtörhet a fénye, és különböző irányokba halad. Ezt a távcsőben úgy látjuk nagy nagyításnál, hogy a csillag képe ugrál, mozog, nem marad egy helyben, sőt, ha nagyon nagy a nagyítás vagy gyenge a jusztírozás, akár a csillag alakja eltorzul, fényesebb-halványabb részek jelennek meg benne. A jelenség nagyon zavaró, pl. a Hold képe hullámzik, a bolygók képe nagy nagyítással szétesik – csak kisebb-közepes nagyításon elfogadható a kép. Fotografikus észlelőket is zavarja a probléma, náluk a képen a csillagok mérete nagy lesz, a bolygók, Hold, mély-ég objektumok részletei elmosódnak, a gömbhalmazok nem felbonthatóak, szorosabb kettőscsillagok nem válnak szét komponenseikre nyugtalan éjszakákon – miközben nyugodt égen ilyen probléma nincs.

A jelenséget nyugtalan légkörnek nevezzük, mértéke a nyugodtság (angolul: seeing).

A nyugodtságot legjobban a csillag Airy-korongja félértékszélességével lehet jellemezni. A félértékszélesség képekről leolvasható: ahol a csillagprofil intenzitásértéke a maximális érték felére esik, annak a korongméretnek az átmérője a nyugodtság értéke. A képskála – hány ívmásodpercnek (“) felel meg egy pixel – ismeretében lehet a félértékszélességet ívmásodpercben megadni. Adaptív optikával a Földről elérhető akár a 0,03-0,1″-es félértékszélesség is, normál esetben a chilei Atamaca-sivatagban 0,3-0,4″ körül van. Magyarországon az átlagos nyugodtság értékét régebben 1,0-1,3″-ben adták meg, de a fotografikus lemezeket nehéz volt fókuszálni; elképzelhető, hogy manapság az elektronikus,, könnyebben fókuszálható kamerákkal inkább 0,8-1” környékén van.

Vizuális észlelő nem tudja a félértékszélességet képről mérni. (A vizuális észlelő az, aki szemével tekint bele a távcsőbe.) Számukra a Harvard Obszervatóriumban dolgozó William H. Pickering (1858-1938) dolgozott ki egy 1-tól 10-ig terjedő skálát a nyugodtság jellemzésére. Valamiért a VCSE-ben meghonosodott, hogy a skálát 0-tól kezdve használjuk. Tehát 0 a legrosszabb, 10 a legjobb nyugodtság (Pickeringnél még az 1 volt a legrosszabb érték). Különböző észlelők különböző távcsövekkel és különböző nagyításokkal eltérő nyugodtság-értékeket tapasztalhatnak. Még ugyanazzal a távcsővel is kisebb nagyításon általában jobb nyugodtságértéket találunk.

A légköri cellák mérete általában 15 cm körül van (de ez is változik az időben). 15 cm-esnél kisebb távcsövek 1-2 ilyen cellát fognak át, tehát bennük a nyugodtság jobb; nagyobb nyílású távcsövek több cellán is átívelnek, és ezért rosszabb a nyugodtság bennük. (Emiatt a nyugodtság nem csak a légkörtől függ, hanem egyidejűleg a távcsőtől is!)

Maga Pickering 127 mm-es nyílású távcsővel dolgozta ki nyugodtság-skáláját. Kisebb vagy nagyobb távcsövekhez érdemes módosítani, de azért az általunk elérhető műszerekhez megfelelőnek tűnik. Az eredeti Pickering-skála az alábbi, de felhívjuk a figyelmet, hogy  gyakorlatban nem ezt, hanem lentebbi, módosított formáját alkalmazzuk:

1 — A csillag képe kb. kétszerese vagy több a a harmadik diffrakciós gyűrűnek, ha látszik a gyűrű; a csillag képe 13″ vagy nagyobb átmérőjű (itt és a továbbiakban 127 mm-es távcsőben értve)

2 — A csillagkép a harmadik diffrakciós gyűrű kétszerese (13″)

3 — A csillagkép mérete megegyezik a harmadik diffrakciós gyűrűvel (6,7″) és a csillagkép közepe a fényesebb rész

4 — A központi Airy-korong már látszik, a fényes csillagok körül gyűrű jelenik meg néha (első diffrakciós gyűrű)

5 — Az Airy-korong látható, a fényes csillagok körül az Airy-gyűrű (diffrakciós gyűrű) gyakran megjelenik

6 — Az Airy-korong látható, a diffrakciós ívek folyamatosan láthatók

7 — Az Airy-korong határozottan látható, a diffrakciós gyűrűk hosszú ívdarabok vagy teljesen kör alakúak már

8 — Az Airy-korong jól látható, a diffrakciós gyűrűk teljes körök, de mozognak, hullámoznak

9 — Az Airy-korong és a legbelső diffrakciós gyűrű állandó helyzetű, a külsők mozognak még

10 — Az egész Airy-korongos kép és az összes diffrakciós gyűrű stabil helyzetű.

Ez természetesen egy tökéletes leképzésű (és lencsés) távcsőre és szemre igaz, nem jusztírozási (kollimációs) és más hibákkal terhelt műszerre. A gyakorlatban ezért az alábbi, gyakorlati Pickering-skálát használjuk:

0: nem lehet élesre állítani

1-2: nagyon gyenge nyugodtság. A kép homályos, semmilyen vagy kevés részlet látszik csak, a kép soha nem tisztul ki egy pillanatra sem.

3-4: gyenge nyugodtság. A kép csak nagyon ritkán tisztul ki egy-egy pillanatra, de többnyire a kép hullámzó, szétesett, mozgó.

5-6: közepes nyugodtság. Közepes mennyiségű részlet látszik hosszabb időtartamokra is, de a kép időről-időre széteshet.

7-8: jó nyugodtság. A részletek tisztán látszanak hosszabb időtartamú (több másodperces) stabilitással, de nem az összes részlet jön elő még.

9-10: Nagyon jó nyugodtság. A kép nyugodt, éles, hosszú perceken át, rendkívül finom részletek látszanak.

A gyakorlati skála előnye, hogy könnyen felfogható, megjegyezhető; hátránya azonban, hogy némi gyakorlat kell a használatához. Kb. 1-2 év után, amikor valaki már látta ugyanazt az objektumot különböző légköri viszonyok alatt, és különösen jó éjszakákon, már tudja értékelni, mi számít sok, finom részletnek. A Hold, a bolygók (különösen a Vénusztól a Szaturnuszig), és gömbhalmazok (M3, M5, M13), nagyon fényes planetáris ködök (pl. M27) és galaxisok (pl. M82) látványa és a benne lévő részletek segítik megítélni, mikor mennyire sok részletet látunk.

Damian Peach oldalán további szimulációkat lehet látni a nyugodtság illusztrálása végett.

Derült eget!

Related posts:

2017. decemberi észlelésajánló – Ágoston Zsolt A C/2016 R2 (PANSTARRS) üstökös fotografikus észlelése 2018. júniusi észlelésajánló – Ágoston Zsolt A Markarjan-lánc fotografikus megfigyelése – Ágoston Zsolt Az Sh2-101 Tulipán-köd és a Cygnus X-1 fekete lyuk lökéshullámának fotografikus megfigyelése – Ágoston Zsolt