Observarea mișcărilor proprii ale stelelor

Anul trecut (în 2019) am început un proiect observațional ce are ca scop evidențierea mișcărilor proprii ale stelelor pe bolta cerească. Dintre acestea cea mai rapidă mișcare aparentă pe cer o are Steaua lui Barnard din constelația Ophiuchus cu 10 secunde de arc pe an. Fiind o stea pitică roșie ea nu este vizibilă cu ochiul liber dar văzută printr-un telescop și la scară mare de timp ea parcurge într-o viață de om o distanță echivalentă cu jumătate din diametrul lunar apropiindu-se de noi cu viteza de 500000 km/oră. Dintre stelele vizibile cu ochiul liber cea mai mare mișcare proprie o are steaua 61 Cygni cu 5 secunde de arc pe an.

Proiectul nostru constă în fotografierea anuală a câmpului în care se află aceste două stele și compararea imaginilor obținute astfel încât de la un an la altul să evidențiem mișcarea lor printre stele după cum se poate observa în animațiile următoare:

Datorită mișcărilor proprii la scară mare de timp poziția stelelor pe bolta cerească se schimbă și la fel forma constelațiilor.

Astfel în anul 1992 steaua Rho Aquilae a a devenit prima stea cu notație Bayer care a părăsit constelația natală (Acvila) intrând în constelația Delfinul. Prin măsurarea mișcărilor proprii ale stelelor s-au putut caracteriza stelele învecinate din punct de vedere al distanței față de noi și a strălucirii absolute lucru care ne-a permis să aflăm că majoritatea sunt stele de dimensiuni mici și puțin strălucitoare (pitice roșii). Măsurarea mișcărilor proprii ale stelelor din roiurile globulare ne permite să aflăm masa roiurilor respective și distanța până la ele și astfel să construim o hartă a distribuției lor în jurul nucleului galactic. De asemenea prin aceste măsurători s-a pus în evidență mișcarea stelelor în jurul găurii negre din galaxia noastră aflându-se masa ei precum și mișcarea galaxiilor din grupul local.

Pentru identificarea stelelor Barnard și 61 Cyg pe cer vă recomandăm să lecturați următorul articol din revista Sky&Telescope:

https://skyandtelescope.org/astronomy-blogs/on-the-move-with-barnards-star-and-61-cygni06032105/

La scară seculară de timp aceste mișcări sunt prea mici pentru a putea fi observate cu ochiul liber motiv pentru care de milenii s-a crezut că stelele sunt fixe pe firmament și că bolta cerească este imuabilă.

Context istoric:

Până în secolul al XVII lea cosmologia a fost tributară ideilor lui Aristotel și Ptolemeu. Ele s-au perpetuat și înrădăcinat adânc în astronomie deoarece concordau destul de bine cu realitatea geocentrică atât cât putea fi ea observată și măsurată, făceau preziceri oarecum “exacte” despre mersul aștrilor pe cer, erau alimentate apologetic și în scripturi și nimeni nu le punea la îndoială.

Astfel vreme de 1500 de ani modelul cosmologic s-a bazat pe trei idei fundamentale:

– cerurile sunt o succesiune de sfere aflate în jurul Pământului de ele fiind prinse obiectele cerești, fiecare pe câte o sferă în ordinea următoare: Luna, Mercur, Venus, Soarele, Marte, Jupiter, Saturn și sfera stelelor.

– obiectele cerești sunt complet distincte de Pământ și sunt formate dintr-un eter perfect și cristalin ce nu își poate schimba nicicum structura sau proprietățile. De aici ideea că stelele nu își pot modifica strălucirea, nu pot avea imperfecțiuni și nu pot apare sau dispare de pe bolta cerească, ea rămânând mereu aceeași, neschimbată. Delimitarea dintre eterul ceresc perfect și materia terestră supusă schimbării ar fi la nivelul orbitei lunare. Dincolo de ea nimic nu este supus alterării.

– din simpla observație că la orice moment din noapte jumătate din stele sunt deasupra orizontului iar cealaltă jumătate sub el, Ptolemeu deduce că Pământul trebuie să se afle în centrul sferei de care sunt prinse stelele. Cum această sferă este ultima și cea mai îndepărtată, Pământul trebuie să se afle în centrul cerurilor adică al Universului.

La această ipoteză a contribuit și ideea foarte răspândită în antichitate conform căreia elementele grele (pământul și apa) au tendința să cadă și să se adune spre centru formând Pământul iar aerul, focul și eterul fiind elemente mai ușoare vor fi consecutiv din ce în ce mai departe formând atmosfera respectiv obiectele cerești.

Începând cu secolul al-XVI-lea o serie de observații și descoperiri remarcabile vor pune la îndoială și vor demonta bucată cu bucată acest model cosmologic pregătind revoluția științifică din secolele următoare.

Supernova 2014J din galaxia M82

Autor Radu Gherase

Supernovele istorice din 1572 și 1604 au pus sub semnul întrebării ideea foarte răspândită în acea vreme că bolta cerească și stelele nu suferă schimbare sau alterare.

Supernovele:

În anul 1572 un eveniment ceresc a schimbat decisiv viața unui tânăr nobil danez -Tycho Brahe- care la 26 de ani devine astronom profesionist și primește în dar de la regele Frederik al Danemarcei o tonă de aur și insula Hven pentru a își construi cel mai mare și mai precis observator de până atunci- observatorul Uraniborg (Templul Uraniei- muza astronomiei în antichitate). Aici Tycho își va construi instrumente uriașe cu care va face observații importante ce vor marca începutul sfârșitului pentru cosmologia aristoteliană.

În luna noiembrie a anului 1572 Tycho remarcă în Constelația Cassiopeia o stea a cărui strălucire era comparabilă cu cea a planetei Venus și care putea fi văzută chiar și în timpul zilei. Ea a fost vizibilă pe cerul nopții vreme de 16 luni iar în primăvara lui 1674 a dispărut. Imediat Tycho își dă seama că este o stea nouă și începe o serie de observații sistematice asupra ei. Datorită preciziei instrumentelor sale, Tycho îi măsoară poziția față de stelele învecinate și observă că această “stella nova” din Cassiopeia nu își schimbă poziția pe cer -paralaxa diurnă- precum Luna. În lunile următoare acest lucru a devenit clar, steaua era nemișcată pe firmament deci trebuie să se afle mai departe decât Luna și anume pe sfera stelelor. Cum despre stele se credea că nu suferă schimbare, supernova lui Tycho a ridicat semne de întrebare legate de veridicitatea modelului cosmologic al vremii. Câțiva ani mai târziu o nouă supernovă în Calea Lactee avea să apară.

Supernova SN2019np din galaxia NGC 3254

Autori Marcel Popescu, Daniel Bertesteanu și Marian Naiman

Achiziție remote cu Telescopul Carlos Sanchez din I-le Canare

Supernovele sunt atât de luminoase încât depășesc în strălucire galaxia gazdă.

În toamna anului 1604 urma să se petreacă un eveniment ceresc așteptat de întreaga comunitate de observatori ai cerului și de interpreți: conjuncția planetelor Jupiter și Saturn în semnul Săgetătorului. Apogeul urma să se petreacă pe 9 octombrie 1604 când conjuncției amintite urma să se alăture și Marte cele trei planete formând pe cer un mic triunghi. Potrivit interpreților arabi, această triplă conjuncție ar fi putut genera o cometă după cum se credea că s-a întâmplat și în cazul stelei din Betleem. În această atmosferă ochii tuturor erau îndreptați către zona constelației Săgetătorului și chiar în acele nopți avea să apară o altă supernovă. De această dată în grupul de astronomi care au observat-o sistematic se numărau doi dintre corifeii astronomiei acelor vremuri: Johannes Kepler și Galileo Galilei.

Supernova din octombrie 1604 a apărut de nicăieri în constelația Ophiuchus și a fost vizibilă cu ochiul liber aproape jumătate de an fiind comparabilă ca strălucire cu Planeta Venus. Apariția ei a creat senzație și a intrigat observatorii fapt care l-a determinat pe Galilei ca din ipostaza de profesor la Universitatea din Padova să țină inițial o lectură explicativă și ulterior la cererea publicului încă două la care au participat sute de persoane.

S-a produs această supernovă în adâncurile cerurilor? Cum era posibil din moment ce acestea erau fixe? S-a produs această supernovă ca o emanație a straturilor superioare ale atmosferei terestre care au ajuns astfel la înălțimea orbitei lunare? Dacă da și supernova era mai apropiată decât Luna, de ce nu se putea observa paralaxa ei diurnă? Dezbaterile începuseră iar încleștarea ideilor era atât de mare încât după cum spunea chiar Kepler, dacă Aristotel ar fi trăit să vadă acest fenomen și-ar fi schimbat mai ușor părerea despre sferele cerești decât apărătorii teoriei sale.

Cometele:

Până la Tycho Brahe se credea despre comete că sunt fenomene care se produc în atmosfera terestră ceea ce alimenta spaima oamenilor de cozile acestora care puteau altera aerul răspândind pe Pământ molime, dezastre și războaie. În anul 1577 o cometă foarte strălucitoare și-a făcut apariția pe cer fiind observată din toate colțurile lumii, cometă care a rămas în istorie sub denumirea de “Marea Cometă”.

Pentru determinarea distanței până la cometă Tycho Brahe și Thadaeus Hagecius au efectuat observații simultane din locuri diferite. Tycho din Insula Hven de lângă Copenhaga iar Hagecius din Praga. Observațiile lor au arătat că în timp ce Luna își modifica poziția față de stele când era privită din cele două puncte de observații, în cazul Marii Comete acest lucru nu se întâmpla. Tycho concluzionează că cometele trebuie să se afle în afara atmosferei terestre și dincolo de orbita Lunii, undeva pe sferele fixe ale cerului.

Cometa C2014 Q2 Lovejoy

Autor Radu Gherase

Până în Renaștere se credea despre comete că sunt fenomene care se produc în atmosfera terestră.

Deoarece ele se mișcă printre stele mai încet decât Luna, cometele trebuiau să fie mai departe decât ea dar acest lucru era imposibil conform teoriilor de la acea vreme.

Schimbarea urma să apară în curând.

Ultima bătălie în istoria ideilor despre comete se dă în 1705 când Edmund Halley arată nu doar că ele sunt în afara atmosferei dar că pot și reveni periodic prin apropierea Pământului. În 1758 cometa lui își face apariția pe cer demonstrând pentru prima dată că în jurul Soarelui se învârt și alte corpuri în afară de planete. Revenirea cometei Halley la periheliu în 1759 a fost de asemenea prima confirmare a legilor newtoniene precum și o demonstrație a puterii lor de a explica și concorda cu realitatea.

Pulsația stelei variabile XX Cyg așa cum reiese din curba de lumină obținută în urma a 3 ore de observații

Autor Daniel Bertesteanu

Stelele variabile:

În august 1596 David Fabricius observă strălucirea neobișnuită a stelei Omicron Ceti (Mira) notând în jurnaul său că a descoperit o nouă stea pe cer- nova Omicron Ceti. Vreme de trei luni această stea își tot reduce strălucirea iar 13 ani mai târziu în 1609 Fabricius o observă din nou la maxim; steaua Mira părea să pulseze periodic modificându-și ciclic strălucirea fiind prima stea variabilă observată în istoria “recentă” a astronomiei. Până în anul 1786 se știau deja zece stele variabile numărul lor tot crescând. Aceste stele își schimbau strălucirea (deci proprietățile) direct sub ochii astronomilor iar bolta cerească, în cea mai îndepărtata sferă a sa, părea să nu fie deloc fixă și nealterabilă.

Pulsația stelei variabile XX Cyg

Autor Daniel Berteșteanu

Începând cu primele observații la stelele variabile s-a constatat că ele își schimbă strălucirea iar bolta cerească, în cea mai îndepărtata sferă a sa, părea să nu fie deloc fixă și nealterabilă.

Schimbări pe Soare:

În anul 1610 Thomas Harriot este creditat cu efectuarea primelor observații solare prin telescop. În cele 199 de schițe pe care le-a realizat în timpul observațiilor Harriot a observat rotația petelor solare dar nu își publică rezultatele. Un an mai târziu Johannes Fabricius aduce face și el observații la Soare și descoperă pete întunecate care se mișcă pe disc de la est la vest, dispar și apoi reapar după o perioadă de timp egală cu perioada tranzitului lor pe discul solar. Johannes își publică rezultatele în iunie 1611 în lucrarea “Maculis in Sole Observatis,et Apparente earum cum Sole Conversione Narratio” concluzionând înaintea lui Galilei că Soarele are pete întunecate și că se rotește în jurul axei. Din păcate Fabricius a murit de tânăr la numai 29 de ani iar lucrarea lui a rămas uitată, notorietatea observațiilor solare fiind legată de numele lui Galileo Galilei.

Mișcarea stelelor pe cer:

Una din cele mai importante axiome ale teoriei lui Aristotel, axiomă ce a rezistat gândirii vreme de 1700 de ani era aceea că stelele sunt fixe pe bolta cerească și că nu își pot schimba poziția una față de cealaltă. În fond nimeni de milenii nu observase acest lucru iar cazul era considerat închis.

Lovitura de grație și punctul care a marcat epifania descoperirii mișcărilor proprii ale stelelor le-a dat Edmund Halley pe o insulă îndepărtată din mijlocul Atlanticului- Sfânta Elena. În ciuda importanței sale epocale, această descoperire a fost o contribuție mai puțin apreciată a carierei ilustrului astronom englez.

În anul 1677 Halley pornește într-o expediție către această insulă pentru a cartografia cerul sudic cum n-o mai făcuse nimeni până la el. Cu această ocazie a măsurat pozițiile a 350 de stele noi ce nu erau cunoscute în catalogul lui Tycho și pe care le-a inclus în Catalogus Stellarum Australium. Concluziile expediției lui le-a prezentat un an mai târziu în Tranzacțiile Filozofice unde comparând pozițiile măsurate de el cu cele vechi din Almagesta constată că sunt unele diferențe ce sugerau ideea coruptibilității cerurilor.

Halley nu a revenit cu un răspuns asupra acestei chestiuni decât în 1717 când publică în aceleași Tranzacții un articol intitulat “Considerații asupra schimbării latitudinii la unele din stelele fixe”. Comparând măsurătorile lui cu cele ale lui Hipparchos, Ptolemeu și Timocharis, Halley găsește că stelele Sirius, Aldebaran și Arcturus și-au modificat poziția cu mai bine de jumătate de grad. Mai departe se întrebă:

“What shall we say then? It is scarce credible that the Antients could be deceived in so plain a matter, three Observers confirming each other. Again, these Stars being the most conspicuous in Heaven, are in all probability the nearest to the Earth, and if they have any particular Motion of their own, it is most likely to be perceived in them, which in so long a time as 1800 Years may shew itself by the alteration of their “places, though it be utterly imperceptible in the space of a single Century of Years. (Halley, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1717: 737)

La vremea respectivă astronomii și lumea educată încă digerau sistemul copernican și era în căutarea unor dovezi solide ale lui.

Consolidarea lui a venit în 1728 când James Bradely descoperă aberația luminii și în 1838 când Bessel observă steaua 61 Cygni și măsoară prima paralaxă stelară. Din acel moment astronomii puteau calcula distanța până la stele iar sferele fixe ale lui Aristotel au fost înlocuite pe deplin cu sistemul heliocentric pe care s-a construit întreaga astronomie modernă.

Cer senin!

Detalii tehnice:

Telescop Skywatcher 130/650 pe Heq 5, QHY 163 M, bin 1×1; stack din 20 cadre x 60 secunde;

Bibliografie:

http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?2010JAHH…13..149B&defaultprint=YES&filetype=.pdf

https://skyandtelescope.org/astronomy-blogs/on-the-move-with-barnards-star-and-61-cygni06032105/

Text de Prof. Daniel Berteșteanu