ასტრონომიული ხელსაწყო

ასტრონომიული ხელსაწყოები, ასტრონომიული ხელსაწყო-იარაღები — ასტრონომიული დაკვირვებებისათვის განკუთვნილი აპარატურა — დასამზერი იარაღები (ტელესკოპები), სინათლის მიმღები და საანალიზო აპარატები, ლაბორატორიული, დამხმარე, დროის საზომი და სადემონსტრაციო ხელსაწყოები. ასტრონომიული ხელსაწყოების დახმარებით ადამიანმა შეაღწია სამყაროს ისეთ სიღრმეებში, საიდანაც სინათლის სხივი ჩვენამდე მოსვლას რამდენიმე მილიარდ წელს ანდომებს. ასტრონომიული ხელსაწყოების გამოყენებამ კაცობრიობას საშუალება მისცა გასცნობოდა სამყაროს დიდ სივრცეს, მასში ნივთიერებათა განაწილებას და იმ რთულ პროცესებს, რომლებიც ამ ნივთიერებათა ევოლუციის პირობებში ხდება.

უმარტივეს ასტრონომიული ხელსაწყოებს უხსოვარი დროიდან იყენებდნენ. მათი უმთავრესი დანიშნულება იყო ცის თაღზე მნათობთა ხილული მდებარეობის განსაზღვრა, რაც დროის აღრიცხვის და ჰორიზონტალური მხარეების დადგენისათვის სჭირდებოდათ. ამ ხელსაწყო-იარაღებით ზომავდნენ კუთხეებს მნათობთა შორის ან რაიმე მიმართულებასა და მნათობს შორის. ამათგან ყველაზე მარტივი იყო ასტროლაბის წინამორბედი – დანაყოფებიანი წრე, რომელზეც მოძრავი სამიზნე მოწყობილობა — დიოპტრი იყო დამაგრებული.

 საუკუნის დასასრულამდე მნათობთა მდებარეობას მხოლოდ დანაყოფებიანი წრეებისა და დიოპტრების მეშვეობით განსაზღვრავდნენ. შემდგომში ეს ინსტრუმენტი თანდათან გააუმჯობესეს, შეცვალეს წრეების რიცხვი და დანაყოფებიც სულ უფრო დააზუსტეს. ამ პერიოდში მნათობებს მათი ფიზიკური აღნაგობისა და ქიმიური შედგენილობის დადგენის მიზნით ჯერ კიდევ არ აკვირდებოდნენ. ასტრონომიაში ახალი ერა დაიწყო ტელესკოპის გამოგონეობის შემდეგ, როცა გაიზარდა ასტრონომიულ დამზერათა სიზუსტე და შესაძლებელი გახდა ახალი ამოცანების გადაჭრა.

ტელესკოპი გამოიგონეს 1608-1609 წლებში ნიდერლანდში. ასტრონომიული განვითარების ეს საფეხური დაკავშირებულია გალილეო გალილეის სახელთან, რომელმაც 1609 წელს ტელესკოპი გამოიყენა ცაზე დაკვირვებისათვის. უმარტივესი ტელესკოპი არის მილი, რომლის წინა მხარეს ჩასმულია შედარებით დიდი ზომისა და დიდი ფოკუსური მანძილის მქონე ორმხრივ ამოზნექილი ლინზა — ობიექტივი, მეორე ბოლოში კი — პატარა ზომის მოკლეფოკუსიანი ლინზა — ოკულარი. გამოსახულების დასანახად ტელესკოპი მნათობიდან წამოსული სინათლის ბევრად უფრო დიდ რაოდენობას იყენებს, ვიდრე ამის საშუალება თვალს აქვს. ფოკუსში თავს იყრის ობიექტივზე დაცემული სხივების მთელი კონა, მაშინ როდესაც შეუიარაღებელ თვალში შედის სინათლის მხოლოდ ის ნაწილი, რომელიც თვალის გუგას ეცემა, გუგის დიამეტრი კი საშუალოდ 5 მმ-ია. ამრიგად, ტელესკოპის შეკრების ეს უნარი იმდენჯერ მეტია თვალის შეკრების უნარზე, რამდენჯერაც ობიექტივის ფართობი აღემატება გუგის ფართობს. მაგალითად, 100 სმ დიამეტრის მქონე ობიექტივი გუგასთან შედარებით შეკრებს \ ( \{1000}{5}\ )^2=40000-ჯერ მეტ სინათლეს, რაც იმას ნიშნავს, რომ ასეთი ტელესკოპით მნათობი 40000-ჯერ უფრო ბრწყინვალე გამოჩნდება, ვიდრე შეუიარაღებელი თვალით. გალილეიმ ტელესკოპში გახედვისთანავე დაინახა მანამდე უხილავი ბევრი მკრთალი ვარსკვლავი, იუპიტერის თანამგზავრები და სხვა. ტელესკოპის მეორე დანიშნულებაა, გაადიდოს ის კუთხე, რომლითაც მნათობი შეუიარაღებელი თვალით მოჩანს. ეს კი იმახ ნიშნავს, რომ მნათობს უფრო გადიდებულს და, მაშასადამე, თითქოს მოახლოებულს დავინახავთ. ტელესკოპის გამადიდებლობა დამოკიდებულია ობიექტივისა და ოკულარის ფოკუსურ მანძილებზე და რაოდენობრივად მათი შეფარდებით გამოისახება. აღწერილი ტელესკოპის თავისებურებანი ემყარება მინაში სინათლის გარდატეხის თვისებებს, ასეთ ტელესკოპს რეფრაქტორს უწოდებენ. არსებობს ტელესკოპები, რომელთა მოქმედება დაფუძნებულია გაპრიალებული ზედაპირიდან სინათლის არეკვლაზე. ასეთი ტელესკოპებია რეფლექტორები. მათში ობიექტივის ნაცვლად ჩაზნექილ სარკეს იყენებენ. მოხვედრილი სხივები აირეკლება და ფოკუსში იკრიბება, შემდეგ კი გამოსახულებას გაკვირდებით ოკულარით. რეფლექტორის სისტემა შეიმუშავა ჯ. გრეგორიმ (1663), ხოლო ნიუტონმა (1668) ააგო თავისი სისტემის პირველი რეფლექტორი, რომლითაც შეიძლებოდა ცის ობიექტებზე დაკვირვება. თავდაპირველად რეფლექტორის სარკეებს ლითონისაგან ამზადებდნენ. უ. ჰერშელმა იმდენად სრულყო ლითონის ზედაპირის გაპრიალების ტექნიკა, რომ შესაძლებელი გახდა დიდი ზომის რეფლექტორების აგება. მისი ერთ-ერთი უკანასკნელი ტელესკოპის (1789) სარკის დიამეტრი 122 სმ იყო. იმის გამო, რომ ლითონის ზედაპირები მალე იბინდებოდა და პერიოდულად საჭირო ხდებოდა მათი ხელმეორედ გაპრიალება, რაც საკმაოდ ძნელი იყო, საუკუნემდე რეფლექტორები დიდად ვერ გავრცელდა და მთელი ყურადღება გადაიტანეს რეფრაქტორების აგებაზე. მაგრამ სფერული ზედაპირების მქონე ობიექტივებსა და ოკულარებს მნიშვნელოვანი ნაკლიც აქვს სფერული და ქრომატული აბერაციების სახით. სფერული აბერაციის გამო ობიექტივის ნაპირებსა და ცენტრში გამავალი სხივები ერთ წერტილში არ იკრიბება, ქრომატული აბერაციის მიზეზით კი ერთ წერტილში არ იკრიბება სხვადასხვა სიგრძის ტალღის (ფერის) სხივები. ეს ნაკლი შესამჩნევად მცირდება, როცა ლინზები გრძელფოკუსიანია, ამიტომ დაიწყეს ძალიან დიდი ფოკუსური მანძილის მქონე ობიექტივების დამზადება. ამის მაგალითია საუკუნეში აგებული 49-მეტრიანი ჰეველიუსის სამზერი მილი. პირველი აქრომატული ობიექტივების დამზადებას ხელი მიჰყვეს საუკუნეში, რის შემდეგაც გაუმჯობესდა რეფრაქტორების ხარისხი. საუკუნეში ა. ფრაუნჰოფერმა დაამზადა გაუმჯობესებული აქრომატული ობიექტივი და ააგო 9 დუიმიანი რეფრაქტორი, მისმა მიმდევრებმა (18490) პულკოვოს ობსერვატორიისათვის ააგეს 15-გოჯიანი რეფრაქტორი. ოპტიკურად კარგი მინისაგან დამზადებული აქრომატული ობიექტივის მქონე ყველაზე დიდი რეფრაქტორი დაიდგა იერკიზის ობსერვატორიაში (აშშ). მისი დიამეტრი 40 გოჯია (102 სმ).

მინის სარკეების გამოგონების (1879) შემდეგ რეფლექტორებმა ისევ მიიქციეს ყურადღება. დაიწყო დიდი ზომის რეფლექტორების დამზადება და 1916 ვილსონის მთაზე, კალიფორნიაში, დაიდგა 2,5 მ დიამეტრის მქონე სარკიანი ტელესკოპი. ამჟამად მოქმედი ყველაზე დიდი ტელესკოპების სარკის დიამეტრია 5 მ (მაუნტ-პალომარის ობსერვატორია, აშშ) და 6 მ (ჩრდილოეთ კავკასიაში). ოპტიკური იარაღების ნაკლოვანებათა შემცირების მიზნით ხმარობენ რთულ ობიექტივებს რომლებიც შედგება სხვადასხვა მასალისაგნ დამზადებული სხვადასხვა ფორმის რამდენიმე ლინზისაგან. სარკეების ზედაპირს კი აძლევენ ბრუნვის პარაბოლოიდის ფორმას.

ასტრონომიულ ხელსაწყოებს სხვადასხვა დანიშნულება აქვს. მართალია, თითოეული მათგანი ასტრონომიული დაკვირვებებისათვის არის განკუთვნილი, მაგრამ ზოგს მნათობთა მდებარეობის განსაზღვრისათვის იყენებენ (ასტრომეტრიული იარაღები), ზოგს – მათი ფიზიკო-ქიმიური მდგომარეობის დასადგენად (ასტროფიზიკური იარაღები); ზოგ შემთხვევაში ისინი თვალით დასამზერადაა მოწყობილი; უმთავრესად კი მათ ცის ცალკეული ობიექტების ან მთელი უბნების ფოტოგადაღებისათვის იყენებენ (ასტროგრაფი). დანიშნულების მიხედვით ასტრონომიული ხელსაწყოები შეიძლება იყოს სტაციონარული და გადასატანი, უძრავი და სხვადასხვა სიბრტყეში მოძრავი. ასტრომეტრიული იარაღები შედარებით მცირე ზომის ტელესკოპებია, რომელთაც რეფრაქტორის ტიპის რამდენიმე სმ დიამეტრის მქონე ობიექტივები აქვთ და აღჭურვილი არიან მაქსიმალური სიზუსტით დაყოფილი წრეებით (მაგალითად, ვერტიკალური ან მერიდიანული წრე). დიდ ტელესკოპებს ასტროფიზიკური მიზნებისათვის იყენებენ. მათი ობიექტივების ან სარკეების დიამეტრები შესაბამისად რამდენიმე ათეული ან ასეული (6 მეტრამდე) სმ-ია. ფოკუსური მანძილებიც, ასტრომეტრიული იარადებისაგან განსხვავებით, დიდი აქვთ და ხშირად რამდენიმე ათეულ მეტრს აღწევს.

ასტროფიზიკური და ნაწილობრივ ასტრომეტრიული ტელესკოპები სტაციონარული დანადგარებია, რომელთაც საგანგებოდ აშენებული მყარი საძირკვლები და მომძრავგუმბათიანი კოშკები აქვთ. ასეთი იარაღები მკაცრად ორიენტირებულია ჰორიზ. მხარეების მიმართ და მათი ადჭილიდან დაძვრა არ შეიძლება. გადასატანი ტელესკოპები უმთავრესად ასტრომეტრიულია, იყენებენ კოორდინატებისა და საათის შესწორების განსაზღვრისათვის და სამუშაო მდგომარეობაში მოჰყავთ მხოლოდ ყოველი დაკვირვების წინ სათანადო ადგილზე დადგმის შემდეგ (მაგალითად, უნივერსალური იარაღები).

ზოგიერთი სპეციალური დანიშნულების ტელესკოპი საერთოდ უძრავია. ზოგი მათგანი მუდმივად მიმართულია სამყაროს პოლუსისაკენ, პრეცესიის, ნუტაციისა და აბერაციის მუდმივების განსაზღვრისათვის, ზოგსაც სხვა მიზნებისათვის იყენებენ. მზის გვირგვინის დასამზერად ხმარობენ ე. წ. კორონოგრაფებს. მზის შესასწავლად იყენებენ რამდენიმე ათეული მეტრი სიგრძის სამზეო ტელესკოპებს, რომლებიც არიან უძრავად პავილიონში (ჰორიზონტალური სამზეო ტელესკოპი) ან ვერტიკალურად, საგანგებოდ აგებულ კოშკში (სამზეიო კოშკურა ტელესკოპი). ასეთ ტელესკოპებში მზის სინათლე ხვდება ბრტყელი სარკიდან (ცელოსტატიდან) არეკვლის შემდეგ. ყველა სხვა ტელესკოპი მოძრავია, ამასთანავე ზოგი მათგანი ბრუნავს მხოლოდ ჰორიზონტალური ღერძის ირგვლივ, ზოგი ერთდროულად — ჰორიზონტალური და ვერტიკალური ღერძების ირგვლივ (უმთავრესად ასტრომეტრიული ტელესკოპები). ასტროფიზ. ტელესკოპები კი — პარალაქსურ დანადგარზე დედამიწის ბრუნვის ღერძის პარალელური და მისი მართობი ღერძების ირგვლივ.

ოპტიკის ნაკლოვანებათა უარყოფითი გავლენის შესამცირებლად უკანასკნელ ათწლეულებში შემუშავებულია სარკე – ლინზური კონსტრასტული ტელესკოპები, რომლებშიც საგრძნობლადა გაუმჯობესებული გამოსახულებათა ხარისხი. ასეთებია შმიდტის ანაბერაციული კამერა და მაქსუტოვისს მენისკური ტელესკოპი.

კუთხესაზომი ხელსაწყოებიდან უნდა აღინიშნოს ჰელიომეტრი, რომელიც ძირითადად იხმარება ორჯერად ვარსკვლავთა კომპონენტებს შორის კუთხის გასაზომად. კუთხესაზომი ხელსაწყოების დანიშნულებას ასრულებს აგრეთვე უნივერსალური იარაღი, ზენიტტელესკოპი, საპასაჟო იარაღი და სხვა სახის ტელესკოპები მათზე მიმაგრებული დანაყოფიანი წრეებით. ასტრონომიულ ხელსაწყოებს მიეკუთვნება აგრეთვე დამხმარე (ლაბორატორიული) ხელსაწყოები, რომლებიც დანიშნულების მიხედვით შეიძლება სამ ძირითად ჯგუფად დაიყოს: ფოტომეტრები, კოორდინატების საზომი იარაღები და საათები.

ფოტომეტრის დანიშნულებაა გაზომოს მნათობის მიერ დროის ერთეულში გამოსხივებული ენერგია (იხ. ასტროფოტომეტრი). პირველი ფოტომეტრები აგებული იყო სინათლის ხელოვნურ წყაროსთან მნათობის თვალით (ვიზუალურად) შედარების პრინციპზე და იყენებდნენ ტელესკოპთან კომბინაციაში. საუკუნის 30-იან წლებიდან ისინი ელექტროფოტომეტრებმა შეცვალეს. ამ შემთხვევაში ტელესკოპის მილიდან გამოსული სხივთა კონა ეცემა ფოტოელემენტს, ფოტომამრავლებელს ან ფოტოწინააღმდეგობას, რომლებიც სხივურ ენერგიას გარდაქმნიან ელექტრულ ენერგიად. ამ უკანასკნელს კი სათანადო გაძლიერების შემდეგ გალვანომეტრი ზომავს ან რეგისტრირდება რომელიმე თვითმწერი მოწყობილობით. ელექტროფოტომეტრის საშუალებით შესაძლებელია სინათლის ენერგიის გაცილებით უფრო ზუსტად გაზომვა, ვიდრე რომელიმე სხვა ცნობილი ხერხით. ამ შემთხვევაში სიზუსტე ვარსკვლავიერი სიდიდის რამდენიმე მეათასედს აღწევს. გარდა ამისა, ელექტროფოტომეტრის დახმარებით შესაძლებელია სხივური ენერგიის გაზომვა თვალისათვის უხილავ სპექტრის უბნებში (ინფრაწითელი, ულტრაიისფერი).

ოდნავ განსხვავებულ პრინციპზეა აგებული ისეთი ხელსაწყოები, როგორიცაა ბოლომეტრი, თერმოელემენტი, რადიომეტრი, სხვადასხვა კონსტრუქციული აქტინომეტრები და პირჰელიომეტრები. ელექტროფოტომეტრებისაგან განსხვავებით, ეს ხელსაწყოები ჯერ სხივურ ენერგიას გარდაქმნიან სითბოდ, შემდეგ კი სითბოს — ელექტრულ ენერგიად.

ტელესკოპით მიღებული ნეგატივების გასაზომად იხმარება ლაბორატორიული მიკროფოტომეტრები. ამ ხელსაწყოებში სინათლის მუდმევი წყაროს მიერ წარმოქმნილი სხივი გაივლის მნათობის გამოსახულებას ნეგატივზე, იქ შესუსტდება, შემდეგ ეცემა ფოტოელემენტს, რომლის მეშვეობითაც იზომება გამოსახულების მიერ გატარებული ენერგიის რაოდენობა. ამ უკანასკნელიდან ფოტომასალის მახასიათებელი მრუდის საშუალებით გამოითვლება მნათობის ბრწყინვალება ბოლო წლებში ფართოდ გავრცელდა ირისული მიკროფოტომეტრი, რომელიც დამყარებულია ცვლადი ხვრელის მქონე დიაფრაგმის საშუალებით სინათლის ორი ნაკადის გათანაბრების პრინციპზე.

ასტროფოტონეგატივის დახმარებით მნათობებს შორის ხილული კუთხის გასაზომად იყენებენ კოორდინატთა საზომ ხელსაწყოებს. ამ ხელსაწყოების ნაწილს (მაგალითად, რეფსოლდის ხელსაწყო) ანათვლების ასაღებად გრძელი გამზომი ხრახნები აქვს, რომელთა საშუალებითაც ნეგატივი გადაადგილდება მიკროსკოპის მიმართ, ხელსაწყოების ნაწილში კი (მაგალითად, კნმ 1-3) – დანაყოფებიანი სკალები.

ხელსაწყოთა ამავე ჯგუფს უნდა მიეკუთვნოს ბლინკ-მიკროსკოპი და სტერეოკომპარატორი. მათი დახმარებით შესაძლებელია ერთსა და იმავე ტელესკოპზე სხვადასხვა დროს მიღებული ორი ნეგატივის შედარება, რაც ძლიერ აადვილებს დროის შესაბამის შუალედში ცაზე მომხდარი ცვლილებების (მნათობის გადაადგილება ან ბრწყინვალების შეცვლა) შემჩნევას აღნიშნულ ხელსაწყოებს ჩვეულებრივ კოორდინატთა გასაზომი მოწყობილობაც აქვს.

დროის აღსარიცხავად იხმარება ასტრონომიული საათები. საუკეთესო საათების ცდომილება – საათის სვლა – დღეღამეში წამის რამდენიმე მეათასედს არ აღემატება.

კოსმოსურ სხეულებს ოპტიკურად შეისწავლიან ზემოთ განხილული ასტრონომიული ხელსაწყოებით. მაგრამ სამყაროს სხეულებს უფრო გრძელტალღოვანი (რადიოგამოსხივება) და მოკლეტალღოვანი (რენტგენის სხივები, გამა-სხივები) გამოსხივებაც ახასიათებს, რომელთა შესწავლასაც მრავალი ახალი და დამატებითი ცნობის მოცემა შეუძლია გამოსხივების წყაროსა და, მაშასადამე, კოსმოსური მატერიის შესახებ. ამჟამად წარმატებით მიმდინარეობს დაკვირვებები ამ სახის გამოსხივებებზე. შექმნილია და მრავალ ობსერვატორიაში ამუშავებენ რადიოტელესკოპებს, რომლებიც სამყაროს საიდუმლოებათა შეცნობის მძლავრი საშუალებაა. რადიოტელესკოპების მუშაობის პრინციპი თითქმის იგივეა, რაც ოპტიკური ტელესკოპებისა. რადიოსხივები იკრიბება ლითონისზედაპირიანი „სარკეებიდან“, შეკრებილი სხივები ძლიერდება სპეციალური მოწყობილობით და შემდეგ შეისწავლება. თავისი კონსტრუქციით რადიოტელესკოპები უზარმაზარი დანადგარებია, მათი „სარკეების“ დიამეტრი ხშირად მრავალ ათეულ მეტრს უდრის. მოკლეტალღოვანი გამოსხივების რეგისტრაციას ახდენენ სპეციალური ხელსაწყოებით, რომლებიც დედამიწის ატმოსფეროს გარეთ გააქვთ ბალონებისა და ხელოვნური თანამგზავრების ორბიტული სადგურების საშუალებით.