Laurits Leedjärv
Laurits Leedjärv
KOSMOSESSE VAATAVAD SILMAD
KOSMOSESSE VAATAVAD SILMAD
SISUKORD
VILLEMI UUDISHIMU 9
JUUKSE KARVAST ÕHEM KULLAKIHT 12
PIKKSILMAST TELESKOOBINI 18
SUURED PEEGLID MÄGEDES 28
PILVEDEST KÕRGEMALE 30
HAWAII JA LA PALMA – PÄRLID OOKEANIS 36
EUROOPA KOLIB LÕUNA-AMEERIKASSE 46
TELESKOOBID KOSMOSES 58
MAA ATMOSFÄÄR – NII RÕÕM KUI KA MURE 60
SUURED NIMELISED OBSERVATOORIUMID 67
HUBBLE – VÄÄRIKAS VETERAN 70
JAMES WEBBI KOSMOSETELESKOOP 79
GAIA JA TEISED EUROOPLASED 90
RAADIOASTRONOOMIA 98
RAADIOLAINED – HOMMIKUSTEST UUDISTEST PULSARITENI 100
KA TELESKOOBID SUREVAD 108
ÜKS SUUR JA PALJU VÄIKESEID RAADIOTELESKOOPE 112
ALMA, KES EI KARDA KÕRGUST 116
TERVE RUUTKILOMEETER PEEGLIPINDA 120
TELES KOOPIDEST INIMESTENI 124
PILDIKAAMERAD JA SPEKTROGRAAFID 126
TAEVASTEST KÕRGUSTEST IGAPÄEVAELLU 132
TAEVA TUNDMINE – INIMKONNA SUURIM SAAVUTUS 134
SUUR ASTRONOOMIA VÄIKESES EESTIS 138
ALLIKAD 144
Teleskoope ei toodeta suurtes tehastes konveieritel, vaid igaüks on spetsiaalselt kavandatud ja kokku pandud. Tõsi küll, seeriaviisiliselt valmis tatakse väiksemaid teleskoope, mida iga huviline saab poest osta Tõravere observatooriumi peahoone.
Inimene on loomult uudishimulik. Me tahame teada, milline on meid ümbritsev maailm, kuidas näeb välja meie kosmiline kodu. Inimese nägemisvõimest ja teistest looduse antud meeltest aga ei piisa, et kõiki selle kodu nurki ja soppe tundma õppida. On vaja abivahendeid, mis aitavad kaugetelt tähtedelt ja galaktikatelt tulevat nõrka valgust kokku koguda ja jäädvustada. Ja ega Päikesesüsteemi planeedidki, mis kosmilises mõõtkavas on meile väga lähedal, oma saladusi niisama palja silmaga vaatajale välja ei anna. Juba üle neljasaja aasta on taevasse vaatamiseks kasutatud teleskoope. Nende ehitamise ajalugu on killuke inimmõtte ja tehnika ajaloost. Tänapäevane suur teleskoop on palju keerukam masin kui näiteks auto – ja palju kallim.
1,5-meetrise läbimõõduga teleskoop Tõraveres.
ja taevasse suunata. Need huvilised ehk amatöörastronoomid saavad oma vaatlustega sageli ka teadlasi aidata. Näiteks on palju komeete ehk sabatähti avastanud just amatöörid. Samuti jälgivad nad muutlikke tähti, mille heledus päevade, nädalate või kuude jooksul muutub. Ka paljud kaunid fotod taevakehadest on amatööride tehtud.
Asume nüüd koos Villemi ja onu Ferdinandiga ringi vaatama maailmas, mida sisustavad läätsed ja peeglid, fotomeetrid ja spektro graafid, fotoplaadid ja CCD-kaamerad ning paljud muud tehnilised abimehed, millega oleme oma kosmilist kodu tundma õppinud ja mis tulevikus näitavad meile kindlasti veel palju uut ja huvitavat hiigelsuure uni versumi kohta. Olgem valmis ka üllatusteks. Nii mõnigi asi, millega oleme igapäevaelus harjunud, on alguse saanud astronoomide huvist kinni püüda väga nõrka taevast valgust.
KUJUTA ETTE INIMESE JUUKSEKARVA. Tavalise joonlauaga selle paksust mõõta ei saa. Peenemad mõõteriistad annavad juuksekarva keskmiseks paksuseks 50 mikromeetrit ehk 0,05 millimeetrit. Nüüd aga asetagem see juuksekarv mõttes 1000 kilomeetri kaugusele ja üritagem siis selle paksust mõõta. Lootusetu!? Aga kosmoseteleskoop Gaia saab sellega hakkama. Just niisuguse võrdlusega iseloomustatakse mõõtmis täpsust, millega Gaia on aastate jooksul kindlaks teinud ligi kahe miljardi tähe täpsed asukohad ja nende väikesed muutused taevavõlvil. Nendest mõõtmistest saab muu hulgas välja arvutada tähtede kaugused meie Päikesest ning panna kokku meie Linnutee galaktika 3D-mudeli.
Gaia ja linnutee.
Küllap on sulle tuttav Jaapanist pärit paberi voltimise kunst origami. Tundub uskumatu, et samal põhimõttel saab kokku voltida ka teleskoobipeegleid. Tänu sellele on oma orbiidile ümber Maa jõudnud tänapäeva suurim kosmoseteleskoop, mis kannab James Webbi nime. Ükski kanderakett ei mahutaks kosmoseteleskoobi 6,5-meetrise läbimõõduga peapeeglit. Seepärast ehitati see 18st omavahel ühendatud kuusnurksest osapeeglist, mis origamina kokku volditi ja kanderaketti paigutati. Teel oma sihtkohta 1,5 miljoni kilomeetri kaugusel Maast pakkis peegel ennast ette nähtud programmi järgi lahti ja taevavaatlused võisid alata. Webbi teleskoobi peapeegel on eriline veel selle poolest, et on ehitatud haruldasest ülikergest metallist berülliumist ning kaalub
James webbi teleskoop.
vaid 705 kilogrammi. Olgu võrdluseks öeldud, et Tõravere 1,5-meetrise läbimõõduga teleskoobi peegel kaalub 850 kilogrammi. Kui tavaliselt kaetakse teleskoopide peeglid õhukese alumiiniumikihiga, mis hästi valgust peegeldab, siis James Webbi kosmoseteleskoobi peegel hiilgab kuldselt. Tõepoolest, see ongi kaetud kullakihiga, mille paksus on 100 nanomeetrit ehk 0,1 mikromeetrit ehk 0,0001 millimeetrit – eespool mainitud juuksekarvast umbes 500 korda õhem. Kogu peegli pindalale (25 ruutmeetrit) kulus kulda kokku 48 grammi ehk mitme abielusõrmuse jagu.
Kui suur võib teleskoobi peegel üldse olla? James Webbi teleskoobi 6,5 meetrit pole veel piir. Maa peal töötavad praegu teleskoobid, mille peapeegli läbimõõt on veidi üle kümne meetri. Needki on mosaiikpeeglid, mis on väiksematest kuusnurksetest tükkidest kokku pandud.
Lõuna-Ameerikas Tšiilis aga ehitatakse teleskoopi, mille peapeegli läbimõõt saab olema 39 meetrit! Kui oled jooksnud kooli staadionil 60 meetrit, siis on see vaid poolteist korda rohkem kui tulevase maailma suurima teleskoobi peapeegli läbimõõt. Võib võrrelda ka jalgpalliväljakuga, mille tüüpiline laius on 45 meetrit. Nii suurt peeglit ühes tükis ehitada oleks väga raske. ELT (inglise keeles Extremely Large Telescope) ehk äärmiselt suure teleskoobi peapeegel hakkab koosnema 798 kuusnurksest elemendist, igaühe läbimõõt 1,4 meetrit (selline paras väikese koolitüdruku või -poisi pikkus). Raamatu kirjutamise aegsete plaanide järgi peaks ELT tööle hakkama 2029. aastal.
Need kolm näidet juhatavad meid maailma, kus saavad kokku ühelt poolt inimlik uudishimu ja tahtmine õppida tundma universumit, milles me elame, ning teiselt poolt inimkonna oskused ehitada aparaate, mõõteriistu ja muid tehnilisi abivahendeid kasutamiseks nii maa peal kui ka kosmoses. Kõik meie ümber allub loodusseadustele, mida on
39-meetrise läbimõõduga teleskoop elt.
vaja arvestada ka inimese ehitatud seadmete juures. Mida paremini tunneme loodusseadusi, seda rohkem saame neid enda huvides kasutada. Ja mida paremad teadusinstrumendid, seda rohkem me loodusseadusi tundma õpime.
PIKKSILMAST TELESKOOBINI
Hans Lippershey
Kepleri LÄÄTSteleskoop
„OMA SILM ON KUNINGAS,“ kõlab tuntud eesti vanasõna. Aga kuninga võimul on piirid. Pimedas me suurt midagi ei näe. Kauged asjad jäävad sageli ähmaseks ja väga väikeseid asju – näiteks elusolendite rakke, rääkimata aatomitest või molekulidest – silm kuidagi ei erista. Juba umbes 700 aastat tagasi oskasid inimesed lihvida kumeraid prilliklaase, mis aitasid vanaduses nõrgenevat nägemist parandada. Läks veel mõnisada aastat, kuni 1608. aastal pani Hollandi prillimeister Hans Lippershey (u 1570–1619) kaks läätse ühte torusse kokku ja sai pikksilma, mis aitas kaugeid objekte lähemale tuua. Pilt oli küll udune ja pea peale pööratud, aga vääris siiski vaatamist. Tänapäevaks on algelisest pikksilmast edasi arendatud binokkel, kuhu saab kahe silmaga korraga sisse vaadata ja mis tänu teravmeelsele prismade süsteemile näitab laias vaateväljas kenasti õigetpidi pilti.
Lippershey leiutisest sai kuulda Itaalias Pisa linnas, mis on tuntud oma kuulsa viltuse torni poolest, elanud suur õpetlane Galileo Galilei (1564–1642), keda sageli nimetatakse tänapäeva loodusteaduse isaks. Ta pani 1609. aastal kokku oma esimese läätsedega toru ning tuli mõttele sellega taevasse vaadata. Suur oli Galilei üllatus, kui ta nägi planeet Jupiteri ümber nelja heledat täpikest, mis ööst öösse oma asukohta muutsid. Galilei järeldas sellest, et Jupiteri ümber tiirleb neli kaaslast
ehk kuud. Seda oli raske sobitada tollasesse maailmapilti, kus kõik tiirlemised pidid toimuma ümber liikumatu Maa. Aga Galilei uskus Mikołaj Koperniku (1473–1543) maailmasüsteemi, mille keskmes oli Päike. Kui ümber Päikese tiirleva Maa ümber liigub Kuu, siis võib ju teistelgi planeetidel kuusid olla. Tänapäeval tunnemegi neid nelja üldnimega Galilei kaaslased ehk kuud. Loomulikult on igaühel ka oma nimi. Jupiterile kõige lähemal on Io, fotodel kaunilt sädelev taevakeha, mille pinnal tegutsevad vulkaanid. Tema järel tuleb Europa, mille jäise pinna all arvatakse
Galileo Galilei demonstreerimas teleskoopi san marco väljakul, veneetsias.
olevat hiiglaslik vedela vee ookean. Järgmine on Ganymedes, Päikesesüsteemi suurim kuu, mis on suurem meie oma Kuust ja isegi planeet Merkuurist. Neljanda Galilei kuu nimi on Callisto.
Galileo Galilei umbes 1608. aastal valmistatud teleskoobi mudeli okulaar. Galilei ehitas kuni 33-kordse suurendusega teleskoope ja tegi nende abil mitu olulist avastust astronoomias.
Rohkem kaaslasi Galilei algeline teleskoop ei näidanud. Nüüd teame, et Jupiteril on kuusid palju rohkem, 2025. aasta kevadel oli teada 97, ja küllap leitakse neid veelgi.
Galilei pööras oma esimese teleskoobi ka meie Kuule ja nägi, et selle pind ei ole ideaalselt sile, nagu tollal üldiselt arvati. Kuu pinnal leidub ümmargusi kraatreid ja ebakorrapärase kujuga mägesid. On ka tasasemad tumedad alad, mida kutsutakse meredeks, kuigi vett seal pole. Teame, et Kuu ei ole meie taevas alati ümmargune täiskuu. Vahel paistab ta poolkuuna, vahel õige kitsa sirbina. Asi on selles, et Kuu ise valgust ei kiirga, vaid ainult peegeldab Päikese valgust. Seepärast sõltub see, millise kujuga valgustatud osa me näeme, Maa, Kuu ja Päikese vastastikusest asendist. Näiteks noorkuu hetkel – vanarahvas ütles selle kohta kuu loomine – ei ole Kuud üldse taevas näha, sest ta asub täpselt Maa ja Päikese vahel ning valgustatud on ainult Kuu tagakülg. Galileo Galilei nägi, et sama lugu on ka planeet Veenusega: vahel paistab see teleskoobis sirbikujuline, vahel poolkuu moodi. Sellest järeldas Galilei, et Veenus peab koos Maaga tiirlema ümber Päikese – nagu Koperniku süsteem ette nägi.
Galilei läätsteleskoop
okulaar
Galilei ehitas mitu teleskoopi. Neist parim suurendas umbes 30 korda.
Meenutame, et tavaelus kasutatavate binoklite suurendus on enamasti 8–12 korda. Ka mitmed teised teadlased ja leiutajad hakkasid teleskoope kokku panema. Väga tuntud astronoom Johannes Kepler (1571–1630) võttis kumerläätsest okulaari asemel kasutusele nõgusläätse ning saavutas sellega laiema vaatevälja ja teravama kujutise. Kepleri leiutis jäigi enamiku läätsteleskoopide optiliseks süsteemiks sadadeks aastateks. Lihtsatel läätsteleskoopidel on iseloomulik puudus, et eri värvi valguskiired koonduvad natuke erinevates fookustes ja kujutis on udune. Sellest saadi üle, kui lihtsate kumer- ja nõgusläätsede asemel hakati kasutama kahest või kolmest läätsest kokku pandud dublette ja triplette. Mida suuremaid läätsi lihviti, seda pikemaks muutusid ka teleskoobitorud. Poola astronoom Jan Heweliusz (saksapäraselt Johannes Hevelius) (1611–1687) ehitas
Gdańskis teadaoleva pikima teleskoobi, mille fookuskaugus oli 46 meetrit – enam-vähem sama pikk oli siis ka teleskoobitoru.
objektiiv galileo galilei teleskoobid.
Suuri läätsi on aga keeruline lihvida. Ja raske on saada lihvimiseks suuri ühtlasi klaasitükke, milles ei oleks õhumulle või muid defekte. 19. sajandi lõpuks saavutati läätsteleskoopide maksimaalne läbimõõt, mis on umbes üks meeter. Tõsi, 1900. aasta Pariisi maailmanäituseks valmistati 1,25-meetrise objektiiviga teleskoop, aga see paraku ainult näituseeksponaadiks jäigi. Suurim töötav astronoomiline läätsteleskoop on 102-sentimeetrise läbimõõduga refraktor Yerkesi observatooriumis Ameerika Ühendriikides Wisconsini osariigis.
Jan Heweliusze teleskoop.
Meie kosmiline kodu on suur. Selles leidub sadu miljardeid galaktikaid, igaühes neist aga kümneid või sadu miljardeid tähti. Inimese silm on kõige selle tundmaõppimiseks nõrguke. Kosmiliste kauguste lähemale toomiseks on vaja abivahendeid – teleskoope, kaameraid, spektrograafe jms. Tänapäeva suurimate teleskoopide läbimõõt jääb kümne meetri kanti, aga Tšiilis ehitatakse juba 39 meetrise läbimõõduga hiigelteleskoopi. Raadioteleskoobid on veel palju suuremad.
See raamat aitab teha tutvust moodsate teleskoopidega nii maa peal kui ka kosmoses. Kas sa kujutad ette inimese juuksekarva läbimõõdu mõõtmist 1000 kilomeetri kauguselt?
Just seesuguse täpsusega on hakkama saanud kosmoseteleskoop Gaia. Selliseid ja muidki näiteid leiab raamatust nii noor kui ka vanem lugeja, keda huvitab, kuidas meie kosmilist kodu tundma õpitakse.
Laurits Leedjärv on eesti astrofüüsik ja mitme aimeraamatu autor. Ta on uurinud sümbiootilisi kaksiktähti ja hoiab silma peal eksoplaneetide ematähtedel. „Kosmosesse vaatavad silmad“ on raamatu „Meie kosmiline kodu“ mõtteline järg.
