В деня на 29-та годишнина на космическия телескоп "Хъбъл", който отмести далече в дълбините на Вселената погледа на човечеството, ви представяме статията на Франк Съмърс (Frank Summers), астрофизик в Научния институт за космическия телескоп, който обяснява какво е ъглова резолюция и какво може и какво не може да види телескопът "Хъбъл"
Ясните, зашеметяващи изображения от космическия телескоп Хъбъл са чудо. Както може да се види в сравнението с изображения по-долу, снимките на Хъбъл са със значително по-висока резолюция от подобни изображения, получени от наземни обсерватории.
Сравнение на изображения, направени от Земята (вляво) и космоса (вдясно), на звездообразуващи области в галактиката M51 (Whirlpool). Вляво е изгледът от телескопа WIYN в Kitt Peak в Аризона. В дясно е изгледът от космическия телескоп Хъбъл. Снимка вляво: K. Rhode, M. Young and WIYN/NOAO/AURA/NSF. Снимка вдясно: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Земните телескопи трябва да гледат през атмосферата на Земята, което размива изгледа им и ограничава тяхната резолюция. Обитавайки над земната атмосфера, Хъбъл избягва този проблем и може да получи по-ясна картина за Вселената.
Макар Хъбъл да осигурява най-високата резолюция от всеки един друг телескоп с видима светлина, тази резолюция има граница. Във Ввселената има много неща, които "Хъбъл" не може да разреши, и е любопитно коя е тази граница.
Един въпрос, който често се задава, е дали Хъбъл може да види лунните апарати, оставени от мисиите на Аполо (краткият отговор е "не"). Интересно е и защо Хъбъл прави толкова размита снимка на близкия Плутон, а може да получи почти 100 милиона пиксела от много по-далечната галактика M51 (Whirlpool). За да си отговорим на тези въпроси, трябва да си изясним как влияе комбинацията от размери и разстояние, наречени „ъглова резолюция“ или "ъглова разделителна способност".
Четенето на знаците
Да започнем с пример от ежедневието. Когато шофирате по магистрала, често се виждат знаци далеч встрани от пътя. Първоначално се разпознават само формата и цвета на знака. После може да се каже, че на знака има нещо написано, но не е възможно да се разберат думите. В крайна сметка думите стават достатъчно ясни за четене.
Знаците на близкия мост са четливи, докато тези на далечния мост не са.
Физическите размери на знака и неговите букви не се променят, а основната промяна е разстоянието между наблюдателя и знака. На голямо разстояние знакът покрива много малък ъгъл в зрителното поле и не може да се прочете. Когато е близо, той покрива достатъчно голям ъгъл, за да може да се разчете. Ъгълът, в който се вижда един обект зависи от неговия размер и разстояние от наблюдателя. Този „ъглов размер“ е важна характеристика на обекта в този сценарий.
За наблюдателя важната характеристика се нарича „ъглова резолюция“. Ъгловата разделителна способност е мярка за най-малкия ъгъл, при който наблюдателят може да различи два обекта (или детайли в рамките на един обект). Както вероятно знаете, кръгът има 360 градусова дъга. За измерване на малки ъгли разделяме всеки градус на 60 ъглови минути и всяка минута на 60 секунди. Ъгловата разделителна способност на човешкото око е около 1 минута.
Резултатът е, че за знака по магистралата думите стават четливи, когато буквите имат ъглов размер, който е няколко пъти по-голям от ъгловата разделителна способност на човешкото око. Следователно ъгловият размер на буквите трябва да бъде няколко секунди.
Ъгълът на Хъбъл във Вселената
Същите тези идеи важат и за наблюденията с космическия телескоп Хъбъл. Хъбъл има ъглова разделителна способност от около 1/20 от секундата. Това е много малък ъгъл, но нещата във Вселената могат да бъдат много, много далечни. Обектите, чийто ъглов размер е по-малък от тази стойност, не се различават от Хъбъл. Те са като космически знак на магистрала, който е твърде малък и твърде отдалечен, за да може да се прочете дори и от Хъбъл.
Сравнение на относителния ъглов размер, както се вижда от Земята, за Луната, за четирите планети и две снимки на Хъбъл. За мащаб, Луната е около половин градус в ъглов размер.
Нека да разгледаме дали Хъбъл може да види апаратите на мисията Аполо на Луната. За да бъде забелязан от Хъбъл, един обект трябва да се простира на ъгъл по-голям от 0,05 секунди. Средно Луната е на около 384 400 км. На това разстояние 0,05 ъглови секунди са равни на размер от 93 метра или дължина на футболно игрище. Един обект на Луната трябва да е с размери няколко футболни игрища, в противен случай Хъбъл не може да го види. Капсулите на Аполо са много по-малки от футболно игрище и са твърде малки, за да се видят от Хъбъл.
А сега за изображенията на Плутон и галактиката М51.
Изображенията на Хъбъл на Плутон (вляво) и галактиката М52 (вдясно). Забележка: тези изображения са в много различни физически и ъглови скали
В най-близката си точка до Слънцето, Плутон е около 30 пъти по-далеч от Слънцето, отколкото Земята, което е разстояние от около 4,5 милиарда километра. На това разстояние ъгловата резолюция от 0,05 секунди съответства на физически размер от малко над 1000 км. Диаметърът на Плутон е малко по-малък от 2400 км, което го прави малко повече от 2 пиксела в стандартното изображение на Хъбъл. Изображението по-горе показва около 15 пиксела в диаметъра на Плутон. Не трябва да се питаме защо резолюцията е толкова лоша, а защо резолюцията е толкова добра!
Допълнителната разделителна способност в изображението на Плутон е от камерата за слаб обект (FOC), която е част от инструментите на Хъбъл от 1990 г. до 2002 г. (Беше премахната по време на обслужващата мисия 3Б). Проектирана да вижда малки, бледи обекти като Плутон, инструментът FOC имаше режим на висока резолюция, който осигуряваше 7 пъти по-голяма резолюция от стандартните камери на Хъбъл. Ограничението на FOC е, че то може да осигури такава разделителна способност при много малко зрително поле и при по-къси дължини на вълните (зелена до ултравиолетова). Като такъв, FOC не е подходящ за изображения с общо предназначение и не може да прави изображения като тази на галактиката М51 по-горе.
Галактиката М51 е не само много, много по-голяма от Плутон, но и много, много по-далеч. Нека видим как размерът и разстоянието играят роля в ъгловата резолюция.
М51 е с диаметър около 60 000 светлинни години, което я прави средно по-голяма в сравнение с диаметъра от 100 000 светлинни години на нашия Млечен път. При този размер галактиката е около 250 трилиона пъти по-голяма от Плутон. Разстоянието до галактиката е около 23 милиона светлинни години или около 50 милиарда пъти по-далече от Плутон. Разликата в размерите (250 трилиона) е по-голяма от разликата в разстоянието (50 милиарда) с 5000. Затова Хъбъл трябва да получи около 5000 x 2 = 10 000 пиксела в изображението на М51. Пълната резолюция на изображението по-горе е 11 477 пиксела на 7 965 пиксела.
Ъгловата резолюция на Хъбъл на разстоянието на галактиката М51 съответства на доста голям физически размер - над 5 светлинни години. Въпреки това, галактиката е приблизително 10 000 пъти по-голяма от това и затова е изобразена с изключителни детайли.
Размер, Разстояние и Резолюция
Физическият размер на обекта е важен, но само част от историята. Разстоянието до обекта също е фактор, но не е достатъчно за пълното изчисление. Комбинацията от физически размер и разстояние, изразена от ъгловия размер и ъгловата резолюция, е важният критерий за определяне на това колко добре Хъбъл, други телескопи или дори човешкото око ще могат да видят един обект. Използвайки тези мерки, може да се каже, че Хъбъл няма никаква надежда да види лунните апарати, само ще различи Плутон и може да види галактиката М51 в разкошни детайли.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари