Κεφάλαιο 2 | Αστρονομικές παρατηρήσεις και όργανα

- Η μέθοδος που ακολουθεί η Φυσική και η χημεία: Παρατήρηση του φαινομένου /  Διατύπωση υπόθεσης για την ερμηνεία του / Πείραμα στο εργαστήριο για επαλήθευση ή απόρριψη της υπόθεσης / Εξαγωγή συμπεράσματος / Κατασκευή θεωρητικού μοντέλου ή φυσικού νόμου.

- Η μέθοδος των Μαθηματικών: Διατύπωση ενός αριθμού αξιωμάτων και ορισμών και οικοδόμηση αληθών προτάσεων πάνω σε αυτά.

- Η Αστρονομία διαφέρει από τις άλλες φυσικές επιστήμες αφού ο έλεγχος και η εξέλιξη των κοσμολογικών μοντέλων επιτυγχάνεται μόνο με την παρατήρηση καθώς δεν είναι εφικτή η οργάνωση και εκτέλεση πειραμάτων. (σελ. 17)

Στην Αστρονομία οι πληροφορίες και τα δεδομένα αντλούνται από τις ακτινοβολίες που φτάνουν στη Γη από τα ουράνια σώματα. Τα στάδια της αστρονομικής παρατήρησης είναι τα εξής τρία: α) συγκέντρωση, β) καταγραφή, γ) επεξεργασία, δ) ανάλυση της ακτινοβολίας που φτάνει στη Γη.

Τα αποτελέσματα που προκύπτουν σε συνδυασμό με τους νόμους της Φυσικής μας δίνουν πληροφορίες για τα ουράνια σώματα από τα οποία εκπέμπονται οι ακτινοβολίες και για τον μεσοαστρικό χώρο που διέσχισαν μέχρι να φτάσουν στη Γη.

- Τηλεσκόπια: Συλλέκτες ακτινοβολίας

- Φασματογράφοι και μαγνητογράφοι: αναλύουν τα δεδομένα που συλλέγουμε με τα τηλεσκόπια

- Καταγραφή των δεδομένων από τους δέκτες: φωτογραφική πλάκα, ραδιοδέκτες

- Επεξεργασία και μετρήσεις με χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών. Με τη σύγχρονη τεχνολογία τα σήματα και τα δεδομένα μετατρέπονται σε εικόνα στην οθόνη για περαιτέρω επεξεργασία και ανάλυση.

Η γήινη ατμόσφαιρα είναι διαφανής μόνο στα αστρονομικά παράθυρα, δηλαδή: για τις ακτινοβολίες της οπτικής περιοχής του φάσματος, μέρος της υπέρυθρης περιοχής και της περιοχής των ραδιοκυμάτων. Όμως τα ουράνια σώματα εκπέμπουν ακτινοβολίες σε κάθε περιοχή του φάσματος, δηλαδή επιπλέον στην υπεριώδη περιοχή και στις περιοχές ακτίνων Χ και γάμμα, οι οποίες δε συλλέγονται από τα γήινα τηλεσκόπια.

Συνοψίζοντας, με τα διαστημικά τηλεσκόπια συλλέγουμε ακτινοβολίες οι οποίες δεν ανήκουν στα αστρονομικά παράθυρα και άρα που δεν είναι ανιχνεύσιμες από τα επίγεια τηλεσκόπια. Επίσης έχουμε εικόνα χωρίς τις παραμορφώσεις που προκαλούν οι διαταραχές της ατμόσφαιρας.

Για να δούμε ένα αντικείμενο πρέπει να φτάσουν στο μάτι μας φωτόνια που εκπέμπονται από αυτό. Όσα περισσότερα φωτόνια φτάνουν, τόσο λαμπρότερο και καθαρό το βλέπουμε. Κάθε αστέρας εκπέμπει έναν μεγάλο αριθμό φωτονίων ανά δευτερόλεπτο τα οποίο διασκορπίζονται με την ίδια πιθανότητα προς κάθε κατεύθυνση του χώρου. Επειδή η απόσταση μέχρι τη Γη είναι μεγάλη, το αποτέλεσμα είναι να φτάνει στην κόρη του ματιού μας ένα πολύ μικρό μέρος των φωτονίων αυτών. Το μάτι μας εξάλλου έχει στο σκοτάδι διάμετρο μόλις 8 χιλιοστά. Άρα αν χρησιμοποιήσουμε τηλεσκόπιο με φακό ή κάτοπτρο πολύ μεγαλύτερο (500 χιλιοστά π.χ.) και καταφέρουμε να συγκεντρώσουμε τα φωτόνια που προσπίπτουν στην επιφάνεια του με κατάλληλο τρόπο στο μάτι μας, τότε η εικόνα που θα σχηματιστεί θα είναι λαμπρότερη και διαυγέστερη από αν παρατηρούσαμε με γυμνό μάτι. 

Άρα η λειτουργία ενός τηλεσκοπίου είναι η συγκέντρωση όσο το δυνατόν περισσότερων φωτονίων από την ακτινοβολία που εκπέμπει ένα ουράνιο σώμα.

Τα τηλεσκόπια αξιολογούνται με βάση:

- τη διακριτική τους ικανότητα: δηλαδή την ικανότητα να διακρίνουμε ξεχωριστά δύο αντικείμενα με μικρή γωνιακή απόσταση (που με γυμνό μάτι θα φαίνονταν ως ένα αντικείμενο)

Α. Τα οπτικά τηλεσκόπια: συγκεντρώνουν ακτινοβολίες από την ορατή περιοχή του φάσματος και διακρίνονται σε διοπτρικά αν χρησιμοποιούνται φακοί ή κατοπτρικά αν χρησιμοποιούνται κάτοπτρα.

Β. Τα ουράνια σώματα όμως εκπέμπουν ακτινοβολία σε όλες της περιοχές του Ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Δηλαδή στην περιοχή των ραδιοκυμάτων, στο υπέρυθρο, στο υπεριώδες, στις ακτίνες Χ και γ. Άρα χρησιμοποιούνται και τα αντίστοιχα όργανα παρατήρησης: Τα ραδιοτηλεσκόπια τα οποία συλλέγουν ραδιοκύματα, τα τηλεσκόπια υπέρυθρου, τηλεσκόπια υπεριώδους και τηλεσκόπια ακτίνων Χ και γάμμα. Τα τηλεσκόπια αυτά για λόγους που αναφέραμε τοποθετούνται σε αστρονομικούς δορυφόρους τοποθετημένους σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Η γήινη ατμόσφαιρα είναι διαφανής μόνο για τις ακτινοβολίες που ανήκουν στην οπτική περιοχή του φάσματος, σε ένα μέρος της περιοχής του υπερύθρου και στα ραδιοκύματα. Οπτικά παράθυρα ονομάζονται οι περιοχές του φάσματος των ακτινοβολιών αυτών οι οποίες φτάνουν στη Γη.  

Τα ουράνια σώματα φαίνονται από τη Γη σαν να βρίσκονται στην εσωτερική επιφάνεια μιας γιγαντιαίας σφαίρας, απροσδιόριστης ακτίνας, με κέντρο τη Γη. Τη φανταστική αυτή σφαίρα τη λέμε "ουράνια σφαίρα".

Η ουράνια σφαίρα και η Γη μοιάζει σε εμάς να συναντιούνται σε ένα μεγάλο φανταστικό κύκλο γύρω από εμάς, ο οποίος ονομάζεται ορίζοντας του τόπου που βρισκόμαστε. Ο ορίζοντας δημιουργεί την αίσθηση του πάνω και του κάτω.

Η (νοητή) κατακόρυφη ευθεία ενός τόπου συναντά την "ουράνια σφαίρα" σε δύο υποθετικά σημεία, που ονομάζονται Ζενίθ και Ναδίρ ενός τόπου. (Δηλ. το ύψος του ζενίθ είναι 90 μοίρες και βρίσκεται πάνω από το κεφάλι μας).

Κατακόρυφος ενός αστέρα ονομάζεται ο κατακόρυφος κύκλος που περνά από το Ζενίθ, το Ναδίρ και τον αστέρα αυτόν.

Ύψος ενός αστέρα είναι η γωνιακή απόσταση του αστέρα από το σημείο τομής του ορίζοντα με τον κατακόρυφο κύκλο που περνά από τον αστέρα αυτόν.

Αζιμούθιο ενός αστέρα ονομάζουμε την γωνιακή απόσταση του γεωγραφικού Βορά με το σημείο τομή της κατακόρυφης του αστέρα με τον ορίζοντα.

Ύψος (κόκκινο χρώμα) και αζιμούθιο (κίτρινο χρώμα) ενός αστέρα

http://geogr.eduportal.gr/astronomy/asteres-asterismoi/ast3.htm 

Γωνιακή απόσταση μεταξύ δύο ουράνιων σωμάτων ονομάζεται η γωνία που σχηματίζουν οι οπτικές ακτίνες που ενώνουν τα δύο ουράνια σώματα με το μάτι του παρατηρητή.

Κανένας αρχαίος πολιτισμός δεν είχε καταφέρει να παρατηρήσει μεταβολές στις γωνιακές αποστάσεις μεταξύ των αστέρων στη διάρκεια ενός έτους. Το ηλιοκεντρικό μοντέλο θα απαιτούσε μια τέτοια μεταβολή που όμως δεν μπορούσε να γίνει αντιληπτή με γυμνό μάτι λόγω της μεγάλης απόστασης. Σήμερα όμως με τα σύγχρονα τηλεσκόπια μπορούμε να παρατηρήσουμε τη μεταβολή αυτή μολονότι είναι αρκετά μικρή.