Najlepiej o wartości teleskopów świadczą konkretne przykłady ich zastosowania.

Jeszcze lepiej jak można samemu przeprowadzić na nich obserwacje. Luneta Repsolda z Parku Astronomicznego Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku ma już prawie 140 lat. Przykładów jej zastosowania znajdziemy wiele, ale że jest ciągle sprawna, to przytoczę jeden całkiem niedawny. Zapraszam do przeczytania artykułu o obserwacjach zaćmienia Księżyca z 16 września 2016 roku w Parku Astronomicznym.

 

---

Minęło trochę czasu odkąd napisałem, że historia lunety Repsolda jeszcze się nie kończy, więc żeby nie być gołosłownym, na chwilę przeskoczę te prawie 140 lat, odkąd ten piękny instrument trafił do obserwatorium w podwrocławskim Białkowie. Pokażę konkretny, jak najbardziej współczesny przykład jego zastosowania w Parku Astronomicznym Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku. Luneta Repsolda posłużyła mi podczas obserwacji szczególnego zaćmienia Księżyca z 16 września 2016 roku.   Na początek chciałbym napisać, czym dysponujemy obecnie, przystępując  do obserwacji instrumentem wyjętym z zupełnie innej epoki.

 

Mechanizm prowadzenia teleskopu za niebem na rycinie z katalogu Zeissa,  to samo rozwiązanie znajdziemy przy lunecie Repsolda z Parku Astronomicznego we Fromborku www.archive.zeiss.de

 

Luneta Repsolda znajduje się pod w pełni sterowalną, nowoczesną kopułą. Umieszczona jest na oryginalnym montażu paralaktycznym tej samej firmy. Montaż paralaktyczny, czyli cały mechanizm, który pozwala teleskopem poruszać niezależnie w dwóch osiach, nie miał sobie równych i to on został szczegółowo opisany w Encyklopedia Britannica. Największy wówczas refraktor na świecie, dwa lata młodszy, 30 calowy gigant z Pułkowa, o którym wspomniałem wcześniej, został umieszczony właśnie na montażu Repsolda, choć sama luneta i optyka to dzieło firmy Clark & Sons. Oba teleskopy dzieli przepaść jeżeli chodzi o rozmiary, ale zastosowano w nich podobne, bardzo wtedy innowacyjne rozwiązania. Ustawianie teleskopu na niebo odbywa się przy osi biegunowej z wygodnym uchwytem przypominajacym kierownicę. Obserwator może jednocześnie odczytywać współrzędne na kole godzinnym i kole deklinacyjnym, kierując teleskop we właściwe miejsce na niebie. Było to bardzo duże ułatwienie w porównaniu z wcześniejszymi rozwiązaniami, ale dzisiaj już bardzo rzadko spotykane.

 

Oś biegunowa montażu lunety Repsolda

 

Ruch teleskopu zgodnie z ruchem dziennym nieba zapewnia precyzyjny mechanizm z zakładów Zeissa z Jeny,  wiodącej firmy jeżeli chodzi o rozwiązania z dziedziny optomechaniki. Płynne śledzenie gwiazd uzyskuje się w nim za pomocą napędu grawitacyjnego. Ciężarek, będący źródłem siły napędzającej teleskop, wisi na stalowej lince, nawiniętej częściowo na bęben, ukryty razem z ciężarkiem wewnatrz słupa. Opadanie ciężarka kontrolowane jest za pomocą przekładni i regulatora, umieszczonych w specjalnej obudowie przy słupie.   Praca regulatora polega na wykorzystaniu  siły odśrodkowej czterech mosiężnych kul, przymocowanych do osi obrotu regulatora za pomocą swobodnie zwisających ramion. Gdy cieżarek opada pod wpływem grawitacji, to wprawia w ruch obrotowy oś regulatora razem z kulami. Kule  unoszą się wskutek działania siły odśrodkowej, wykorzystując część energii ciężarka, dokładnie taką, aby ciężarek zwolnił do właściwej prędkości napędzającej teleskop.  Przekładnia składa się z kół zębatych, połączonych z krawędzią koła godzinnego teleskopu za pomocą odpowiedniego cięgła i dodatkowej przekładni ślimakowej.

 

Po lewej stronie regulator i przekładnie mechanizmu prowadzenia teleskopu, po prawej bęben z nawiniętą liną oraz fragment korby.

 

Gwiazda jest utrzymywana w polu widzenia przez prawie godzinę. Po kilku sesjach obserwacyjnych trzeba ponownie nawinąć linkę zakończoną ciężarkiem na bęben. Służy do tego korba przy słupie. 

Rozwiązanie to zostało po raz pierwszy zastosowane przy refraktorze Fraunhofera z rosyjskiego obserwatorium w Dorpacie (dzisiaj Tartu w Estonii), powstałego w latach 1818-1824.  Jego dyrektorem był słynny astronom Friedrich Georg Wilhelm Struve. Autorem koncepcji mechanizmu grawitacyjnego był pracownik warsztatu Fraunhofera, zegarmistrz Joseph Lebherr.  Idea wykorzystania siły odśrodkowej jest nieco starsza. W 1788 roku nie kto inny jak James Watt, używał prostego regulatora odśrodkowego obrotów w pierwszych maszynach parowych. Mechanizm Lebherra był znacznie dokładniejszy. Pomimo wielu prób wiernego naśladownictwa, był to rzadko osiągany wzór precyzji. Było to wystarczająco skuteczne rozwiązanie, aż do momentu, gdy w służbie astronomii zaczęto wykorzystywać fotografię. Prowadzenie grawitacyjne zawodziło zwłaszcza przy dłuższych ekspozycjach.

 

Napęd jest połączony z kołem godzinnym teleskopu za pomocą cięgła, o regulowanej długości. W pobliżu środka obrazu widać połączony z cięgłem mały silnik elektryczny

 

W ostatnich latach do lunety Repsolda została przymocowana astrokamera z wiedeńskich zakładów Voigtländer & Sohne z 1846 roku. Zabytkowa astrokamera posiada przejściówkę dla podłączenia kamery CCD lub poprzez standardowy pierścień współpracuje ze współczesnymi aparatami fotograficznymi.  Do montażu został przymocowany mały, nie rzucający się w oczy silnik elektryczny z dołączonym sterownikiem dla zmiany obrotów silnika w trybie ruchu gwiazd lub Księżyca. Cięgło, dzięki regulacji długości, może być przykładane do napędu grawitacyjnego (wersja historyczna) lub do napędu elektrycznego (współczesna astrofotografia). Luneta Repsolda nie straciła swojego historycznego charakteru, jednocześnie astrokamera znów służy do robienia zdjęć nieba, choć w sposób, o którym jej konstruktorzy pewnie nawet nie śnili.

 

Po lewej napęd, po prawej  astrokamera firmy Voigtländer & Sohne o numerze seryjnym 16459. Ponieważ brakuje orygnalnej kasety na klisze fotograficzne, to zastosowano przejściówkę pod współczesne matryce aparatów fotograficznych lub kamer CCD

 

Pierwsze fotografie nieba przy użyciu astrokamery przy lunecie Repsolda powstały, gdy zacząłem pracę w Muzeum Mikołaja Kopernika w lipcu 2016 roku. We wrześniu wykonałem serię zdjęć Księżyca podczas zaćmienia półcieniowego o maksymalnej fazie 0,90. Zaćmienia półcieniowe Księżyca są mało efektowne, więc Muzeum Mikołaja Kopernika nie zaprosiło gości do Parku Astronomicznego na wspólne oglądanie. Postronny obserwator mógłby nie zauważyć, że coś nietypowego działo się w tym czasie na niebie. Jednak bardziej szczegółowe obserwacje mogły okazać się przydatne dla celów naukowych, więc wykorzystałem  okazję, aby pobyć sam na sam z teleskopem.

 

Schemat przebiegu półcieniowego zaćmienia Księżyca z 16 września 2016 roku. Granica między półcieniem i cieniem Ziemi jest w rzeczywistości mniej ostra i zmienia się od zaćmienia do zaćmienia wskutek zmian w ziemskiej atmosferze

 

Przy głębokich zaćmieniach półcieniowych nigdy nie wiadomo, czy nie przejdzie ono w bardzo płytkie zaćmienie częściowe. Zależy to od globalnego stanu ziemskiej atmosfery. Wystarczy, że gdzieś na świecie wybuchnie wulkan, do atmosfery dostaną się duże ilości pyłu i aerozoli, to zaćmienie wymknie się przewidywaniom. Stojąc w tym czasie na Księżycu, na tej stronie zwróconej ku Ziemi, zobaczylibyśmy jak w maksymalnej fazie zaćmienia, Ziemia prawie całkowicie zakrywa Słońce, tak jak na wizualizacji poniżej.

 

Wizualizacja widoku zastanego na Księżycu podczas głębokiego zaćmienia półcieniowego obserwowanego na Ziemi

 

Atmosfera Ziemi rozświetlana przez promienie Słońca, będzie widoczna z Księżyca jako obważanek w wielu odcieniach czerwieni przechodzącej nawet w brąz, w zależności od jej aktualnego składu chemicznego. Z tego powodu nie ma dwóch identycznych zaćmień Księżyca, nawet jeżeli obliczenia wskazują na tę samą głębokość w maksymalnej fazie. Dlatego warto je w całości utrwalać na zdjęciach.

 

Autor przy jedynym w swoim rodzaju instrumencie - kamerze CCD podłączonej do obiektywu XIX wiecznej astrokamery i XIX wiecznej lunety Repsolda. 16 wrzesień 2016

 

Aby sprawdzić, czy 16 września 2016 roku, mimo innych przewidywań, jednak doszło do zaćmienia częściowego, zrobiłem timelapse z kilkuset zdjęć zaćmionego Księżyca, wykonanych za pomocą kamery CCD Orion StarShoot Pro, podłączonej do obiektywu zabytkowej astrokamery i użyłem prowadzenia lunety Repsolda.

 

Podczas pracy z kamerą CCD zasadnicza część obserwacji odbywa się przy komputerze, na który spływają kolejne zdjęcia

 

Wynikiem obserwacji jest poniższy filmik, pokazujący jak Księżyc przechodzi przez strefę półcienia Ziemi. Film został przyśpieszony, bo w rzeczywistości całe zjawisko trwało blisko 4 godziny. Nawet po podkręceniu kontrastu nie widać, aby w fazie maksymalnej Księżyc został delikatnie muśnięty przez właściwy cień Ziemi. Innymi słowy, tego dnia nie było na Księżycu widać, jak Ziemia całkowicie zaćmiewa Słońce, ale niewiele brakowało!

Przebieg zaćmienia półcieniowego Księżyca zarejestrowany  przy użyciu XIX wiecznej lunety Repsolda w Parku Astronomicznym. Księżyc delikatnie drga ponieważ co jakiś czas potrzebna była korekta w deklinacji.