Em junho de 1889, cerca de um ano antes de sua morte prematura, o brilhante pós-impressionista holandês Vincent Van Gogh completou furiosamente A noite estrelada enquanto permanecia no mosteiro Saint-Paul de Mausole, um asilo mental localizado no sul da França. A pintura mostra uma humilde vila aninhada entre a tranquilidade azul de colinas ondulantes e um céu mágico repleto de nuvens em forma de cometa e estrelas do tamanho de rodas-gigantes. Embora Van Gogh tenha vendido apenas uma pintura durante sua vida, essa obra de arte inestimável se tornou um ícone. Nele, ele capturou uma maravilha infantil que os adultos podem reconhecer por quem não ficou do lado de fora e foi influenciado por estrelas cintilantes comemorando no alto. As belas imagens do espaço profundo podem provocar emoções semelhantes dos entusiastas astronômicos. No entanto, os fotógrafos que os produzem estão mais interessados nas estrelas quando estão em paz.
A noite estrelada (1889) não foi a única pintura criada por Van Gogh que representava o firmamento noturno. Na verdade, essa tela não era a favorita dele porque não era tão realista quanto ele imaginara. Por exemplo, um ano antes, ele produziu A noite estrelada sobre o Ródano (1888) e Terraço do café à noite (1888). Ambos têm elementos comuns, mas cada um também é único - as versões anteriores incluem pessoas e as estrelas assumem um papel reduzido, por exemplo. No entanto, todas essas três obras cativaram milhões e todos os dias centenas de amantes da arte se amontoam ao redor deles, em seus respectivos museus, fazendo interpretações pessoais para si e para os outros que vão ouvir.
Curiosamente, o que faz arte memorável também pode levar a imagens astronômicas esquecíveis. Mais especificamente, os deslumbrantes fogos de artifício em cada uma das pinturas de Van Gogh representam estrelas cintilantes e cintilantes.
Vivemos no fundo de um oceano de gases composto principalmente de nitrogênio (78%), oxigênio (21%) e argônio (1%), além de vários outros componentes, incluindo água (0 - 7%), gases de efeito estufa ou Ozônio (0 - 0,01%) e Dióxido de Carbono (0,01-0,1%). Estende-se para cima da superfície da Terra a uma altura de cerca de 860 milhas. Visto da órbita da Terra, nossa atmosfera aparece como um suave brilho azul logo acima do horizonte do nosso planeta. Tudo o que observamos que existe além do nosso planeta - o Sol, a Lua, planetas próximos, estrelas e tudo mais - é visto através desse meio intermediário que chamamos de atmosfera.
Está constantemente em movimento, alterando a densidade e a composição. A densidade da atmosfera aumenta à medida que se aproxima da superfície da Terra, embora isso não seja de todo uniforme. Também atua como um prisma quando a luz se cruza. Por exemplo, os raios de luz são curvos quando passam por regiões de temperatura diferente, curvando-se em direção ao ar mais frio porque é mais denso. Como o ar quente sobe e o ar mais frio desce, o ar permanece turbulento e, portanto, os raios de luz do espaço mudam de direção constantemente. Vemos essas mudanças como estrelas cintilantes.
Perto do solo, ventos mais frios ou mais quentes soprando na horizontal também podem criar mudanças rápidas na densidade do ar que alteram aleatoriamente o caminho que a luz percorre. Assim, os ventos que sopram dos quatro cantos também contribuem para o estremecimento das estrelas. Porém, o ar também pode fazer com que as estrelas mudem rapidamente o foco, fazendo com que diminuam de repente, brilhem ou mudem de cor. Este efeito é chamado cintilação.
Curiosamente, o ar pode estar em movimento, embora não possamos sentir sua brisa - as forças do vento acima de nossas cabeças também podem fazer as estrelas tremerem. Por exemplo, a corrente de jato, uma faixa de correntes relativamente estreitas que se estende por cerca de 10 a 15 quilômetros, está constantemente mudando de localização. Geralmente sopra de oeste para leste, mas sua posição norte-sul relativa permanece em um estado de constante revisão. Isso pode resultar em condições atmosféricas altamente instáveis que não podem ser detectadas no solo, mas a corrente de jato produzirá um céu cheio de twinklers se ela fluir sobre a sua localização!
Como os planetas são mais próximos que as estrelas, seu tamanho pode ser visto como um disco maior que a mudança de refração causada pela turbulência do vento. Portanto, eles raramente brilham ou o fazem apenas sob condições extremas. Por exemplo, estrelas e planetas são vistos através de camadas muito mais espessas da atmosfera quando estão perto do horizonte do que quando estão no céu. Portanto, ambos brilham e dançam à medida que aumentam ou se põem, porque sua luz passa por quantidades muito mais densas de ar. Um efeito semelhante ocorre ao visualizar luzes distantes da cidade.
O brilho que vemos nas noites repletas de estrelas é ampliado centenas de vezes por um telescópio. De fato, o cintilar pode reduzir drasticamente a eficácia desses instrumentos, pois tudo o que pode ser observado está fora de foco, movendo aleatoriamente bolhas de luz. Considere que a maioria das fotografias astronômicas é criada mantendo o obturador da câmera aberto por minutos ou horas. Assim como você precisa lembrar o assunto para ficar parado enquanto tira a foto, os astrônomos querem que as estrelas permaneçam imóveis, caso contrário, suas fotografias também serão manchadas. Uma razão pela qual os observatórios estão localizados no topo das montanhas é reduzir a quantidade de ar que seus telescópios devem observar.
Os astrônomos se referem ao efeito da turbulência atmosférica como vendo. Eles podem medir seu efeito em sua visão do espaço calculando o diâmetro das estrelas fotográficas. Por exemplo, se a foto de uma estrela pudesse ser tirada com uma exposição instantânea, ela teoricamente apareceria como um único ponto de luz, já que nenhum telescópio, até o momento, pode resolver o disco real de uma estrela. Porém, tirar fotos estelares exige uma longa exposição e, enquanto o obturador da câmera está aberto, o brilho e a cintilação farão com que a estrela dance e se mova para dentro e fora de foco. Como suas giros são aleatórias, a estrela tenderá a criar um padrão redondo simétrico em todos os lados de sua verdadeira localização no meio.
Você pode demonstrar isso sozinho se tiver um momento e estiver curioso. Por exemplo, se você pegar um lápis ou marcador mágico amarrado por uma corda curta a um alfinete preso em um pedaço de papelão ou papel muito pesado, mova o instrumento de escrita sem removê-lo, com o tempo você criaria algo que parece mais ou menos um círculo. Seu doodle circular resultará porque a corda limita sua distância máxima do pino central. Quanto maior a corda, maior o círculo. As estrelas se comportam assim quando a luz é gravada em uma fotografia de longa exposição. A boa visão cria uma corda óptica curta (a visão ruim torna a corda mais longa), a verdadeira localização da estrela se torna um pino central e a estrela se comporta como um instrumento de escrita cuja luz deixa uma marca no chip de imagem da câmera. Assim, quanto mais pobre é a visão e mais dança ocorre durante a exposição, maior o disco que aparece na imagem final.
Portanto, uma visão ruim fará com que os tamanhos das estrelas apareçam maiores nas fotografias do que aquelas tiradas durante a visão. As medidas são chamadas de Largura total, metade do máximo ou FWHM. É uma referência à melhor resolução angular possível que pode ser alcançada por um instrumento óptico em uma imagem de longa exposição e corresponde ao diâmetro do tamanho da estrela. A melhor visão fornecerá um diâmetro FWHM de cerca de quatro (0,4) segundos de arco. Mas você precisaria estar localizado em um observatório de alta altitude ou em uma pequena ilha, como o Havaí ou La Palma, para conseguir isso. Mesmo esses locais raramente têm esse tipo de visão de qualidade muito alta.
Astrônomos amadores também estão preocupados em ver. Normalmente, os amadores devem tolerar condições de ver centenas de vezes piores que as melhores observadas em instalações astronômicas remotas. É como comparar uma ervilha a uma bola de beisebol nos casos mais extremos. É por isso que as fotografias amadoras dos céus têm estrelas com diâmetro muito maior do que as dos observatórios profissionais, principalmente quando os astrônomos do quintal usam telescópios com longas distâncias focais. Também pode ser reconhecido em imagens de campo amplo, distância focal curta e não profissional quando são ampliadas ou estudadas com uma lupa.
Os amadores podem tomar medidas para melhorar a visão, eliminando a diferença de temperatura entre as fontes locais de calor e o ar acima de seus telescópios. Por exemplo, os amadores geralmente preparam seus instrumentos para o exterior logo após o pôr do sol e deixam o vidro, o plástico e o metal neles atingirem a mesma temperatura que o ar circundante. Estudos recentes também mostraram que muitos problemas de visão começam logo acima do espelho principal do telescópio. Demonstrou-se uma corrente constante e suave de ar que passa pelo espelho primário para melhorar significativamente a visão telescópica. Impedir que o calor do corpo suba na frente do telescópio também ajuda e a localização do instrumento em um local termicamente amigável, como um campo aberto de grama, pode produzir resultados surpreendentes. Os telescópios abertos também são superiores àqueles com espelhos primários na parte inferior de um tubo.
Astrônomos profissionais também veem estratégias de melhoria. Mas suas soluções tendem a ser extremamente caras e empurram o envelope da tecnologia moderna. Por exemplo, como a atmosfera produz inevitavelmente uma visão ruim, não é mais absurdo considerar colocar um telescópio acima dele na órbita da Terra. É por isso que o Telescópio Espacial Hubble foi construído e lançado a partir de Cabo Canaveral a bordo do Ônibus Espacial Desafiador em abril de 1990. Embora o espelho principal tenha apenas 100 cm de diâmetro, ele produz imagens mais nítidas que qualquer telescópio localizado na Terra, independentemente do tamanho. De fato, as imagens do Telescópio Espacial Hubble são a referência em relação à qual todas as outras imagens telescópicas são medidas. Por que eles são tão afiados? As imagens do Hubble não são afetadas pela visualização.
A tecnologia melhorou significativamente desde que o Telescópio Espacial Hubble foi colocado em serviço. Durante os anos que se seguiram desde o seu lançamento, o governo dos EUA desclassificou seu método para aprimorar a visão de satélites espiões que controlam a Terra. É chamado de óptica adaptativa e criou uma revolução nas imagens astronômicas.
Essencialmente, os efeitos da visão podem ser negados se você cutucar o telescópio ou mudar seu foco exatamente na direção oposta aos desagradáveis causados pela atmosfera. Isso requer computadores de alta velocidade, servomotores sutis e óptica que são flexíveis. Tudo isso se tornou possível durante os anos 90. Existem duas estratégias profissionais básicas para reduzir os efeitos da falta de visão. Um altera a curva do espelho primário e o outro move o caminho da luz que atinge a câmera. Ambos contam com o monitoramento de uma estrela de referência próxima à posição que o astrônomo está observando e observando como a referência está sendo afetada pela visão, computadores rápidos e servomotores podem introduzir alterações ópticas no telescópio principal. Uma nova geração de grandes telescópios está em projeto ou construção que permitirá que instrumentos terrestres tirem fotos espaciais que rivalizem com o telescópio Hubble.
Um método apresenta centenas de pequenos pistões mecânicos posicionados embaixo e espalhados na parte traseira de um espelho primário relativamente fino. Cada haste do pistão empurra a parte de trás do espelho levemente, de modo que sua forma muda o suficiente para trazer a estrela observada de volta ao ponto morto e em foco perfeito. A outra abordagem usada com telescópios profissionais é um pouco menos complicada. Introduz um pequeno espelho ou lente flexível localizado perto da câmera, onde o cone de luz é relativamente pequeno e concentrado. Inclinando ou inclinando o pequeno espelho ou lente em uníssono oposto ao brilho da estrela de referência, é possível eliminar os problemas. Os ajustes ópticos que qualquer solução inicia são feitos constantemente ao longo da sessão de observação e cada alteração ocorre em uma fração de segundo. Devido ao sucesso dessas tecnologias, enormes telescópios terrestres são agora considerados possíveis. Astrônomos e engenheiros estão prevendo telescópios com superfícies coletoras de luz do tamanho de campos de futebol!
Curiosamente, os astrônomos amadores também têm acesso a simples óptica adaptativa. Uma empresa, com sede em Santa Barbara, Califórnia, foi pioneira no desenvolvimento de uma unidade que pode reduzir os efeitos de uma visão ruim ou montagens de telescópios desalinhadas. Os dispositivos ópticos adaptativos da empresa trabalham em conjunto com suas câmeras astronômicas e usam um pequeno espelho ou lente para mudar a luz que chega ao chip de imagem.
O astrônomo Frank Barnes III também estava preocupado em ver quando ele produziu essa imagem impressionante de um aglomerado de estrelas e nebulosa localizado na constelação de Cassiopeia. É uma pequena porção da Nebulosa da Alma, que foi designada como IC 1848 em J.L.E. O marco histórico de Dreyer, segundo Catálogo de índices (IC) (publicado em 1908 como um complemento às suas compilações originais do Novo General e primeiras do Índice).
Frank relatou que sua visão era favorável e produziu tamanhos de estrela com um FWHM entre 1,7 a 2,3 ″ sobre cada uma de suas trinta e um e trinta minutos de exposição. Observe o tamanho das estrelas nesta imagem - elas são muito pequenas e apertadas. Esta é uma confirmação de uma visão razoavelmente boa!
A propósito, as cores nesta imagem são artificiais. Como muitos astrônomos atormentados pela poluição da luz local durante a noite, Frank expôs suas fotos por filtros especiais que apenas permitem que a luz emitida por certos elementos chegue ao detector de sua câmera. Neste exemplo, vermelho representa sódio, verde identifica hidrogênio e azul revela a presença de oxigênio. Em resumo, esta figura não apenas mostra como é essa região no espaço, mas também o que é feita.
Também é digno de nota que Frank produziu essa imagem notável usando uma câmera astronômica de 6,3 mega-pixels e um telescópio Ritchey-Chretien de 16 polegadas entre 2 e 4 de outubro de 2006.
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Escrito por R. Jay GaBany
